KR20230000468A - Stators for Electric Machines - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 전기 기계용 고정자의 분야에 관한 것이다.The present disclosure relates to the field of stators for electrical machines.
모터와 같은 전기 기계는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하도록 구성된다. 전기 기계는 일반적으로 고정자와 회전자를 포함한다. 고정자는 회전자를 둘러싸고 하나 이상의 권선을 포함한다. 회전자는 하나 이상의 자석을 가지며 샤프트에 결합된다. 고정자의 권선을 통해 전류를 인가함으로써, 생성된 자기장은 회전자의 자석과 상호 작용하여 회전자와 샤프트의 회전을 구동한다.An electrical machine, such as a motor, is configured to convert electrical energy into mechanical energy. Electrical machines generally include a stator and a rotor. The stator surrounds the rotor and includes one or more windings. A rotor has one or more magnets and is coupled to a shaft. By applying current through the windings of the stator, the generated magnetic field interacts with the magnets in the rotor to drive rotation of the rotor and shaft.
오늘날 작지만 강력한 전기 모터는 잔디 깎는 기계(lawn mower), 배터리 또는 하이브리드 구동 차량(hybrid powered vehicle)과 같은 다양한 모바일 애플리케이션에 사용된다. 과거에는 이러한 기계가 대부분 연소 엔진에 의해 구동되었다.Small but powerful electric motors today are used in a variety of mobile applications such as lawn mowers and battery or hybrid powered vehicles. In the past, most of these machines were powered by combustion engines.
본 개시의 양태는 독립항에 설명되어 있고, 선택적 특징은 종속항에 설명되어 있다. 본 개시의 양태는 서로 연계하여 제공될 수 있으며, 일 양태의 특징은 다른 양태에 적용될 수 있다.Aspects of the disclosure are described in the independent claims, and optional features are described in the dependent claims. Aspects of the present disclosure may be provided in conjunction with each other, and features of one aspect may be applied to other aspects.
일 양태에서, 전기 기계의 회전자에 의해 운반되는 자석과 상호 작용하기 위한 고정자가 제공된다. 고정자는 회전자에 의해 운반되는 자석과 정렬되도록 배치된 활성 영역; 활성 영역에 의해 분리되는 제1 비활성 영역 및 제2 비활성 영역; 및 복수의 전도성 요소를 포함하는 무슬롯 위상 권선(slotless phase winding)을 포함한다. 각각의 전도성 요소는 절연 하우징에 제공된 도체를 포함한다. 무슬롯 위상 권선은 구불구불한(serpentine) 구조로 배치되며, 이러한 구조는 전도성 요소가 활성 영역을 가로질러 제1 비활성 영역에서 제2 비활성 영역으로 연장되는 제1 활성 세그먼트; 전도성 요소가 활성 영역을 가로질러 제2 비활성 영역에서 제1 비활성 영역으로 연장되는 제2 활성 세그먼트; 및 제1 활성 세그먼트를 제2 활성 세그먼트에 결합하는 비활성 세그먼트를 포함하며, 비활성 세그먼트는 제2 비활성 영역에 제공된 회전(turn)을 포함하고, 전도성 요소 중 적어도 하나는 제2 비활성 영역에서 비틀려진다(twisted).In one aspect, a stator is provided for interacting with a magnet carried by a rotor of an electrical machine. The stator includes an active area arranged to align with the magnets carried by the rotor; a first inactive region and a second inactive region separated by an active region; and a slotless phase winding comprising a plurality of conductive elements. Each conductive element includes a conductor provided in an insulating housing. The slotless phase winding is arranged in a serpentine structure comprising: a first active segment in which the conductive element extends across the active area from a first non-active area to a second non-active area; a second active segment wherein the conductive element extends across the active area from the second inactive area to the first inactive area; and an inactive segment coupling the first active segment to the second active segment, the inactive segment including a turn provided in the second inactive area, and wherein at least one of the conductive elements is twisted in the second inactive area. (twisted).
실시예는 증가된 효율을 갖는 고정자를 제공할 수 있다. 특히, 고정자는 고정자의 동작 동안 발생하는 순환 전압(circulating voltage) 및/또는 와전류(eddy current) 손실을 감소시킬 수 있다. 고정자는 효율적인 와이드 갭 고정자를 제공할 수 있다. 각각의 전도성 요소를 위한 절연 하우징은 고정자의 동작 동안 각각의 도체와 연관된 와전류 손실을 감소시킬 수 있다. 전도성 요소 중 적어도 하나의 비틀림(twisting)은 (예를 들어, 분리 거리가 고정자의 활성 영역에 대해 변경되도록) 각각의 도체와 회전자에 의해 운반되는 자석 사이의 분리 거리를 변경할 수 있다. 이것은 고정자와 연관된 총 전압 적분(voltage integral)을 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 권선의 더 작은 부분에 대한 개별 하위 적분(sub-integral)이 편차가 있을 수 있지만(예를 들어, 권선의 인접한 부분에 비해 증가 또는 감소할 수 있지만), 이러한 편차는 고정자의 전체에 걸쳐 평균화되기 때문이다. 결과적으로, 이것은 고정자에 대한 전체 총 전압 적분을 감소시켜, 고정자의 동작에 대한 효율을 증가시킬 것이다. 예를 들어, 전도성 요소 및 하나 이상의 비활성 영역 비틀림의 배치는 전체로서(예를 들어, 고정자의 위상 권선 중 하나 또는 전부에 걸쳐) 고정자에 대한 전압 적분을 최소화하도록 선택될 수 있다.Embodiments may provide a stator with increased efficiency. In particular, the stator may reduce circulating voltage and/or eddy current losses generated during operation of the stator. The stator can provide an efficient wide gap stator. An insulating housing for each conductive element can reduce eddy current losses associated with each conductor during operation of the stator. Twisting of at least one of the conductive elements can change the separation distance between each conductor and the magnet carried by the rotor (eg, such that the separation distance changes relative to the active area of the stator). This may reduce the total voltage integral associated with the stator, since individual sub-integrals for smaller sections of windings may deviate (e.g. adjacent sections of windings). ), since these deviations are averaged across the stator. Consequently, this will reduce the overall total voltage integral across the stator, increasing the efficiency of the stator's operation. For example, the placement of the conductive elements and one or more inactive region twists may be selected to minimize voltage integration across the stator as a whole (eg, across one or all of the phase windings of the stator).
전기 기계는 무슬롯 직류 기계를 포함할 수 있다. 전기 기계는 모터 및/또는 발전기로서 작동하도록 배치될 수 있다. 따라서 고정자와 회전자의 자석은 상호 작용하여 (i) 고정자로부터의 (고정자 권선에 적용되는 전류/전압의 형태의) 전기 에너지를 회전자의 (회전의 형태의) 운동 에너지로 전달하고/하거나, (ii) 회전자로부터의 (회전의 형태의) 운동 에너지를 고정자에서의 (생성된 전류의 형태의) 전기 에너지로 전달하도록 배치될 수 있다.Electrical machines may include slotless direct current machines. Electrical machines may be arranged to operate as motors and/or generators. Thus, the magnets of the stator and rotor interact to (i) transfer electrical energy from the stator (in the form of currents/voltages applied to the stator windings) to kinetic energy (in the form of rotation) of the rotor, and/or (ii) transfer kinetic energy (in the form of rotation) from the rotor to electrical energy (in the form of generated current) in the stator.
모터의 경우, 고정자는 회전자의 자석과 상호 작용하기 위한 상응하는 자기장을 생성하기 위해 선택적으로 전류를 위상 권선에 인가하도록 구성된다. 이러한 자기장은 생성된 힘을 회전자의 영구 자석에 제공한다. 회전자의 자석에 가해지는 힘은 고정자 권선에 대해 움직이도록 자석(및 따라서 회전자 자체)을 구동할 것이다. 특히, 회전자는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있고, 선택적으로 전류를 위상 권선에 인가하면 회전자가 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 다시 말하면, 모터의 경우, 고정자는 회전자의 회전을 구동하기 위해 위상 권선에 선택적으로 전류를 인가하도록 구성된다. 예를 들어, 고정자는 전기 모터의 회전자에 의해 운반되는 자석과 상호 작용하기 위한 것이고, 고정자는 전기 모터의 회전자의 회전을 구동하기 위해 무슬롯 위상 권선에 전류를 인가하도록 구성된다.In the case of a motor, the stator is configured to selectively apply current to the phase windings to create a corresponding magnetic field for interacting with the magnets of the rotor. This magnetic field provides the resulting force to the permanent magnets in the rotor. Force applied to the magnets of the rotor will drive the magnets (and therefore the rotor itself) to move against the stator windings. In particular, the rotor may be configured to rotate about an axis of rotation, and selective application of a current to the phase windings may cause the rotor to rotate about an axis of rotation. In other words, in the case of a motor, the stator is configured to selectively energize the phase windings to drive rotation of the rotor. For example, a stator is for interacting with a magnet carried by a rotor of an electric motor, and the stator is configured to apply current to the slotless phase windings to drive rotation of the rotor of the electric motor.
발전기의 경우, 에너지는 외부 소스로부터 회전자로 전달되어, 회전자가 회전축을 중심으로 회전하게 할 것이다. 그렇게 함으로써, 고정자의 위상 권선에 대한 영구 자석의 회전은 위상 권선에 전류를 유도할 것이다. 이러한 생성된 전류는 (예를 들어, 저장하거나 전기 회로에 전원을 공급하는 데 사용하기 위해) 전기 에너지로서 이용될 수 있다. 다시 말하면, 고정자는 고정자의 위상 권선에 대한 회전자의 영구 자석의 회전에 의해 발생되는 전기 에너지를 선택적으로 이용하도록 구성된다. 예를 들어, 고정자는 발전기의 회전자에 의해 운반되는 자석과 상호 작용하기 위한 것이고, 고정자는 발전기의 회전자의 자석의 회전에 응답하여 무슬롯 위상 권선에서 생성되는 전류로부터 에너지를 이용하도록 구성된다.In the case of a generator, energy will be transferred from an external source to the rotor, causing the rotor to rotate about an axis of rotation. In doing so, rotation of the permanent magnets relative to the phase windings of the stator will induce current in the phase windings. This generated current can be used as electrical energy (eg, for storage or for use in powering an electrical circuit). In other words, the stator is configured to selectively utilize electrical energy generated by rotation of the permanent magnets of the rotor relative to the phase windings of the stator. For example, the stator is for interacting with magnets carried by the rotor of the generator, and the stator is configured to utilize energy from current produced in the slotless phase windings in response to rotation of the magnets of the rotor of the generator. .
고정자는 상기 회전자와 조합하여 동작하도록 배치된다. 특히, 고정자는 회전자와 조합하여 사용될 때 고정자의 위상 권선이 회전자 상의 영구 자석과 정렬되도록 구성될 수 있다. 영구 자석은 회전자의 활성 영역을 점유할 수 있다. 즉, 회전자의 자석은 활성 영역을 형성하는 회전자의 표면 상에 제공될 수 있다. 영구 자석으로부터의 자기장은 이러한 활성 영역에 인접한 체적(volume)에서 가장 강할 것이다. 특히, 자기장은 회전자의 활성 영역과 정렬되는 영역에서 가장 강할 것이며, 이러한 자기장은 영구 자석에서 멀어질수록 강도가 감소할 것이다. 고정자는 전기 기계의 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 동작하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 회전자의 회전 위치를 감지하기 위한 센서가 제공될 수 있고, 감지된 회전 위치에 기초하여 고정자의 동작이 제어될 수 있다.A stator is arranged to operate in combination with the rotor. In particular, the stator may be configured such that when used in combination with a rotor the phase windings of the stator are aligned with the permanent magnets on the rotor. Permanent magnets may occupy the active area of the rotor. That is, the magnets of the rotor may be provided on the surface of the rotor forming the active area. The magnetic field from permanent magnets will be strongest in the volume adjacent to this active region. In particular, the magnetic field will be strongest in the region aligned with the active area of the rotor, and this field will decrease in strength with distance from the permanent magnet. The stator may be controlled to operate based on signals received from sensors in the electric machine. For example, a sensor for detecting a rotational position of the rotor may be provided, and an operation of the stator may be controlled based on the detected rotational position.
고정자는 회전자의 활성 영역(영구 자석이 있는 곳)이 고정자의 위상 권선의 활성 영역과 정렬되도록 회전자와 정렬되도록 배치될 수 있다. 이것은 회전자의 활성 영역으로부터 수평으로 또는 수직으로 오프셋되는 고정자의 활성 영역을 포함할 수 있다. 그러나, 고정자의 활성 영역은 예를 들어 고정자의 활성 영역과 회전자의 활성 영역 사이의 정렬을 최대화하기 위해 수직으로만 오프셋되거나 수평으로만 오프셋될 수 있다. 고정자의 비활성 영역은 회전자의 자석과 정렬되지 않은 영역을 포함할 수 있다. 비활성 영역은 회전자의 활성 영역의 단부 너머에 위치된 영역을 포함할 수 있다.The stator may be arranged in alignment with the rotor such that the active area of the rotor (where the permanent magnets are) is aligned with the active area of the stator's phase windings. This may include an active area of the stator horizontally or vertically offset from the active area of the rotor. However, the active area of the stator may be offset only vertically or only offset horizontally, for example to maximize alignment between the active area of the stator and the active area of the rotor. The inactive regions of the stator may include regions that are not aligned with the magnets of the rotor. The inactive area may include an area located beyond the end of the active area of the rotor.
다시 말하면, 고정자의 활성 영역은 회전자의 영구 자석에 의해 발생되는 자기장이 가장 높은 고정자의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정자의 활성 영역은 회전자가 전기 기계의 고정자에 대해 제 위치에 있을 때 회전자와 정렬되는 고정자의 영역을 포함할 수 있다. 고정자의 비활성 영역은 영구 자석으로부터의 자기장이 더 낮은 고정자의 영역(예를 들어, 자석과 정렬되지 않은 영역)을 포함할 수 있다.In other words, the active area of the stator may include the area of the stator where the magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor is highest. For example, an active area of a stator may include an area of the stator that is aligned with the rotor when the rotor is in position relative to the stator of the electric machine. The inactive regions of the stator may include regions of the stator where the magnetic field from the permanent magnets is lower (eg, regions not aligned with the magnets).
고정자는 고정자와 조합하여 사용되는 전기 기계의 고정자와 회전자 사이의 2가지 상이한 타입의 갭 중 하나를 위해 구성될 수 있다. 즉, 고정자/회전자는 방사상 갭 또는 축방향 갭을 가질 수 있다.The stator may be configured for one of two different types of gap between the stator and the rotor of an electrical machine used in combination with the stator. That is, the stator/rotor may have a radial gap or an axial gap.
제1 예로서, 고정자는 고정자와 회전자 사이에 방사상 에어 갭을 제공하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 고정자와 회전자는 회전자의 회전축을 중심으로 서로 동축일 수 있고, 둘은 회전축을 중심으로 서로 방사상으로 오프셋된다. 예를 들어, 고정자는 회전자의 방사상 바깥쪽에 배치될 수 있다. 고정자는 회전자가 제공될 수 있는 체적을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 고정자는 고정자와 회전자 사이의 에어 갭과 마찬가지로 중공 실린더를 형성할 수 있다. 회전자는 원통형일 수 있고, 고정자의 중공 실린더 내에 제공될 수 있다. 영구 자석은 회전자의 실린더의 표면 상에 제공될 수 있다. 회전자의 활성 영역은 자석이 제공되는 원통형 표면일 수 있다. 고정자의 활성 영역은 회전자의 활성 영역에 상응하도록 구성될 수 있음으로써, 고정자의 활성 영역은 또한 원통형 표면을 포함한다. 고정자의 이러한 원통형 표면(활성 영역)은 회전자의 활성 영역이 고정자의 활성 영역 내에 맞도록 회전자의 원통형 표면(활성 영역)과 정렬되도록 배치될 수 있다. 회전자의 활성 영역의 길이 방향 단부의 모두는 고정자의 활성 영역의 길이 방향 범위 내에 맞을 수 있다(예를 들어, 회전자의 활성 영역과 고정자의 활성 영역의 길이 방향 단부는 동일할 수 있음). 고정자의 비활성 영역은 고정자의 활성 영역 및/또는 회전자의 자석(활성 영역)으로부터 축방향으로 오프셋되는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 비활성 영역은 제2 비활성 영역으로부터 축방향으로 오프셋될 수 있다. 고정자의 활성 영역은 (회전자의 영구 자석일 수 있는 바와 같이) 제1 비활성 영역과 제2 비활성 영역 사이의 축방향 영역에 있을 수 있다.As a first example, the stator may be arranged to provide a radial air gap between the stator and the rotor. In this case, the stator and rotor may be coaxial with each other about the axis of rotation of the rotor, and the two are radially offset from each other about the axis of rotation. For example, the stator may be arranged radially outward of the rotor. The stator may enclose a volume in which the rotor may be provided. Thus, the stator may form a hollow cylinder as well as an air gap between the stator and the rotor. The rotor may be cylindrical and may be provided within a hollow cylinder of the stator. A permanent magnet may be provided on the surface of the cylinder of the rotor. The active area of the rotor may be a cylindrical surface provided with magnets. The active area of the stator can be configured to correspond to the active area of the rotor, such that the active area of the stator also includes a cylindrical surface. This cylindrical surface (active area) of the stator may be arranged in alignment with the cylindrical surface (active area) of the rotor such that the active area of the rotor fits within the active area of the stator. Both of the longitudinal ends of the active area of the rotor may fit within the longitudinal extent of the active area of the stator (eg, the longitudinal ends of the active area of the rotor and the active area of the stator may be the same). The inactive area of the stator may include an area that is axially offset from the active area of the stator and/or the magnet (active area) of the rotor. For example, the first inactive area can be axially offset from the second inactive area. The active area of the stator may be in the axial area between the first and second inactive areas (as may be the permanent magnets of the rotor).
방사상 에어 갭 고정자의 경우, 위상 권선의 전도성 요소는 고정자의 활성 영역에서 회전자의 회전 축에 평행하게 진행될 수 있다. 즉, 활성 영역에서, 활성 세그먼트는 축 방향으로 연장된다. 전도성 요소는 각각의 비활성 영역에서 회전함으로써, 고정자의 활성 영역을 가로질러 다른 비활성 영역을 향해 축방향으로 후방으로 연장될 수 있다. 각각의 비활성 영역의 회전은 전도성 요소의 축 방향을 반전시키기 위해 180도 회전할 수 있다. 전도성 요소는 회전 주위로 연장될 때 비틀려질 수 있다.In the case of a radial air gap stator, the conducting elements of the phase windings may run parallel to the axis of rotation of the rotor in the active area of the stator. That is, in the active area, the active segment extends in the axial direction. By rotating in each inactive area, the conductive element can extend axially rearward across the active area of the stator towards the other inactive area. Rotation of each inactive area may rotate 180 degrees to reverse the axial direction of the conductive element. The conductive element can be twisted when extended around a turn.
제2 예로서, 고정자는 고정자와 회전자 사이에 축방향 에어 갭을 제공하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 고정자와 회전자 사이에 축방향 오프셋이 제공될 수 있다. 고정자와 회전자는 서로 동축일 수 있다. 고정자와 회전자는 모두 단면(축 방향에 수직인 단면)에서 원형일 수 있다. 영구 자석은 회전자의 표면 상에 환형으로 배치될 수 있다. 회전자의 표면은 영구 자석이 제공되지 않는 중앙 원형 영역을 가질 수 있다. 중앙 원형 영역으로부터의 방사상 바깥쪽은 영구 자석을 포함하는 환형 영역일 수 있다. 영구 자석을 포함하는 환형 영역으로부터의 방사상 바깥쪽은 어떠한 영구 자석도 없는 다른 영역일 수 있다. 회전자의 표면의 환형 영역은 회전자의 활성 영역(예를 들어, 영구 자석이 위치되는 영역)을 제공할 수 있다. 회전자의 환형 활성 영역은 고정자의 활성 영역과 정렬될 수 있다. 다시 말하면, 고정자의 활성 영역은 회전자의 활성 영역과 정렬될 수 있는 환형 영역을 포함할 수 있음으로써, 둘은 축방향으로 오프셋될 수 있지만, 회전자의 활성 영역은 고정자의 활성 영역의 방사상 안쪽 또는 바깥쪽으로 연장되지 않는다. 고정자의 비활성 영역은 고정자의 활성 영역(예를 들어, 회전자의 영구 자석과 축방향으로 정렬되지 않은 영역)의 방사상 안쪽 및 방사상 바깥쪽의 영역일 수 있다.As a second example, the stator may be arranged to provide an axial air gap between the stator and the rotor. In this case, an axial offset may be provided between the stator and the rotor. The stator and rotor may be coaxial with each other. Both the stator and the rotor may be circular in cross section (cross section perpendicular to the axial direction). The permanent magnets may be arranged annularly on the surface of the rotor. The surface of the rotor may have a central circular area that is not provided with permanent magnets. Radially outside of the central circular region may be an annular region containing permanent magnets. Radially outside of the annular area containing permanent magnets may be another area without any permanent magnets. The annular area of the surface of the rotor may provide the active area of the rotor (eg, the area where the permanent magnets are located). The annular active area of the rotor can be aligned with the active area of the stator. In other words, the active area of the stator can include an annular area that can be aligned with the active area of the rotor, such that the two can be axially offset, but the active area of the rotor is radially inward of the active area of the stator. or does not extend outward. The inactive regions of the stator may be regions radially inward and radially outward of the active regions of the stator (eg, regions not axially aligned with the permanent magnets of the rotor).
축방향 에어 갭 고정자의 경우, 위상 권선의 전도성 요소는 고정자의 활성 영역을 가로질러 방사상으로 연장될 수 있다. 다시 말하면, 무슬롯 위상 권선의 활성 세그먼트는 회전자의 회전 축에 직교하는 방사상 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 고정자의 활성 영역에서, 전도성 요소는 고정자 표면의 중심을 향해 방사상 연장되고 중심으로부터 멀리 연장될 것이다. 비활성 영역에서, 요소는 다른 비활성 영역을 향해 방사상 방향으로 활성 영역을 가로질러 다시 연장될 수 있도록 회전할 수 있다.In the case of an axial air gap stator, the conductive elements of the phase windings may extend radially across the active area of the stator. In other words, the active segments of the slotless phase winding can extend in a radial direction orthogonal to the axis of rotation of the rotor. That is, in the active area of the stator, the conductive element will extend radially towards and away from the center of the stator surface. In the inactive area, the element can rotate so that it can again extend across the active area in a radial direction toward another inactive area.
고정자는 플럭스 링(flux ring)을 포함할 수 있다. 위상 권선은 플럭스 링에 결합될 수 있다. 예를 들어, 위상 권선은 플럭스 링 상에 직접 장착될 수 있고/있거나 위상 와인딩(phase winding)은 권선을 플럭스 링에 고정하기 위해 개재 층(intervening layer)(예를 들어, 폴리머 층) 상에 장착될 수 있다. 방사상 에어 갭 고정자의 경우, 플럭스 링은 위상 권선(및 회전자 상의 영구 자석)을 둘러싸도록 배치된 중공 실린더를 포함할 수 있다. 축방향 에어 갭 고정자의 경우, 플럭스 링은 고정자(및 회전자 상의 영구 자석)의 활성 영역으로부터 축방향으로 오프셋되도록 배치되고 권선의 방사상 범위를 스팬(span)하도록 배치된 디스크를 포함할 수 있다. 플럭스 링은 회전자 상의 영구 자석에 대한 위상 권선의 반대쪽에 위치될 수 있다. 전도성 요소는 에어 갭에 의해 영구 자석에서 분리될 수 있다(예를 들어, 다른 것은 없음). 고정자는 또한 고정자의 구성 요소가 제공되는 하우징을 포함할 수 있다.The stator may include a flux ring. The phase windings may be coupled to a flux ring. For example, the phase windings can be mounted directly on the flux ring and/or the phase windings are mounted on an intervening layer (eg a polymer layer) to secure the windings to the flux ring. It can be. In the case of a radial air gap stator, the flux ring may include a hollow cylinder arranged to enclose the phase windings (and permanent magnets on the rotor). For an axial air gap stator, the flux ring may include a disk arranged to be axially offset from the active area of the stator (and permanent magnets on the rotor) and to span a radial extent of the windings. A flux ring may be located opposite the phase windings to the permanent magnets on the rotor. The conductive element may be separated from the permanent magnet by an air gap (eg nothing else). The stator may also include a housing in which the components of the stator are provided.
각각의 전도성 요소는 절연 하우징 내에 제공된 도체를 포함한다. 절연 하우징은 길이를 따라 도체를 완전히 둘러쌀 수 있다. 절연 하우징은 위상 권선의 인접한 도체로부터 각각의 도체를 절연할 수 있다. 위상 권선은 복수의 전도성 요소를 포함한다. 위상 권선의 전도성 요소는 번들(bundle)로 패키징(packaging)될 수 있다. 번들은 함께 적층된 복수의 전도성 요소를 포함할 수 있다. 전도성 요소는 (예를 들어, 번들이 선택된 단면 형상을 제공하도록) 선택된 형상에 따라 번들로 적층될 수 있다. 선택된 형상은 적어도 하나의 축을 중심으로 대칭일 수 있다. 선택된 형상은 복수의 축을 중심으로 대칭일 수 있다. 예를 들어, 선택된 형상은 그 단면 형상이 유지되는 방식으로 번들이 회전될 수 있도록 할 수 있지만, 그 형상 내의 전도성 요소의 배치는 변경되었다. 예를 들어, 번들의 단면 형상은 직교하는 측면(예를 들어, 정사각형 또는 직사각형)을 가질 수 있거나 측면이 직교하지 않을 수 있지만, 여전히 (예를 들어 모든 정다각형에 따라) 그 형상을 유지하면서 전도성 요소의 상이한 구성으로 형상의 회전을 허용할 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소는 육각형 구조로 배치될 수 있다.Each conductive element includes a conductor provided within an insulating housing. The insulating housing may completely enclose the conductor along its length. The insulating housing may insulate each conductor from adjacent conductors of the phase winding. The phase winding includes a plurality of conductive elements. Conductive elements of the phase winding may be packaged in bundles. A bundle may include a plurality of conductive elements stacked together. Conductive elements may be stacked into bundles according to selected shapes (eg, such that the bundles provide a selected cross-sectional shape). The selected shape may be symmetric about at least one axis. The selected shape may be symmetric about a plurality of axes. For example, the selected shape may allow the bundle to be rotated in such a way that its cross-sectional shape is maintained, but the placement of the conductive elements within the shape has been changed. For example, the cross-sectional shape of a bundle can have orthogonal sides (eg, square or rectangular) or the sides can be non-orthogonal, while still retaining its shape (eg, according to all regular polygons) and conducting elements. The different configurations of can allow rotation of the shape. For example, the conductive elements may be arranged in a hexagonal structure.
단면의 각각의 전도성 요소의 형상은 균일할 수 있다. 절연 하우징은 도체 주위의 동일한 두께일 수 있다. 각각의 도체의 단면 형상은 번들의 단면 형상에 상응하도록 선택될 수 있다(또는 그렇지 않을 수 있음). 예를 들어, 도체는 단면 형상이 육각형, 원형, 직사각형일 수 있다. 도체는 적어도 하나의 축을 중심으로 대칭일 수 있다. 도체는 적어도 하나의 각도(360도의 배수가 아님)를 중심으로 회전되어 형상은 유지되지만 상대적인 방향은 변경될 수 있도록 단면 형상을 가질 수 있다. 각각의 전도성 요소는 10미크론과 2000미크론 사이, 예를 들어 100미크론과 700미크론 사이, 예를 들어 160미크론과 400미크론 사이의 두께(예를 들어, 직경)를 가질 수 있다.The shape of each conductive element in the cross section may be uniform. The insulating housing may be of equal thickness around the conductor. The cross-sectional shape of each conductor may (or may not) be selected to correspond to the cross-sectional shape of the bundle. For example, the conductor may have a hexagonal, circular, or rectangular cross-sectional shape. A conductor may be symmetric about at least one axis. The conductor may have a cross-sectional shape such that it can be rotated about at least one angle (not a multiple of 360 degrees) to retain its shape but change its relative orientation. Each conductive element may have a thickness (eg diameter) between 10 microns and 2000 microns, such as between 100 microns and 700 microns, such as between 160 microns and 400 microns.
각각의 전도성 요소의 도체는 동일한 번들에 있는 다른 전도성 요소의 도체와 평행할 수 있다. 예를 들어, 고정자의 활성 영역에서, 번들의 도체는 서로 평행한 활성 영역을 가로질러 연장될 수 있다. 도체는 활성 영역에서 압축되지 않을 수 있다. 도체는 활성 영역에서 비틀려지지 않을 수 있다. 도체는 예를 들어, 활성 영역의 번들의 영역 내에서 전도 밀도를 증가시키도록 배치될 수 있다. 도체는 서로 평행하게 적층될 수 있다(전기적으로 평행하기보다는 기하학적으로 평행함). 위상 권선은 단자 와이어를 포함할 수 있다. 위상 권선은 (예를 들어, 모터로 동작할 때) 다상 정류자와 같은 정류자에 결합될 수 있다. 위상 권선은 전류를 권선에 공급하기 위한 전원에 결합될 수 있다. 전압 하위 적분은 (예를 들어, 전기적으로 절연되는 요소로 인해) 각각의 전도성 요소에 별개로 생성될 수 있다.The conductors of each conductive element may be parallel to the conductors of other conductive elements in the same bundle. For example, in the active area of the stator, the conductors of the bundle may extend across the active area parallel to each other. The conductor may not be compressed in the active area. The conductor may not be twisted in the active area. The conductors can be arranged to increase the conduction density within the region of the bundle of active areas, for example. The conductors may be stacked parallel to each other (geometrically rather than electrically parallel). The phase windings may include terminal wires. The phase windings may be coupled to a commutator, such as a multi-phase commutator (eg, when operating as a motor). The phase windings may be coupled to a power source for supplying current to the windings. A voltage sub-integral may be generated separately for each conductive element (eg, due to the electrically insulated element).
구불구불한 구조는 복수의 활성 세그먼트 및 복수의 비활성 세그먼트를 포함할 수 있다. 구불구불한 구조는 각각의 활성 세그먼트가 비활성 세그먼트로 이어진 다음, 비활성 세그먼트에서 후속 활성 세그먼트로 이어지도록 직렬로 배치될 수 있다. 예를 들어, 각각의 활성 세그먼트에서, 전도성 요소는 하나의 비활성 영역에서 다른 비활성 영역으로 활성 영역을 가로질러 직선으로 연장될 수 있다. 각각의 비활성 세그먼트는 회전(turn)을 통해 2개의 활성 세그먼트를 함께 결합할 수 있음으로써, 전도성 요소는 하나의 비활성 영역에서 다른 하나의 비활성 영역으로 고정자의 활성 영역을 가로질러 직선으로 다시 연장될 수 있다. 위상 권선의 각각의 활성 세그먼트는 (예를 들어, 다른 권선으로부터의 활성 세그먼트가 분리 영역에 제공될 수 있도록) 임계 거리만큼 인접한 활성 세그먼트로부터 분리될 수 있다. (예를 들어, 동일한 번들에서) 위상 권선의 각각의 전도성 요소는 고정자에 대해 동일한 구불구불한 경로를 따를 수 있다.The serpentine structure may include a plurality of active segments and a plurality of inactive segments. The serpentine structures may be arranged in series such that each active segment leads to an inactive segment and then from the inactive segment to the next active segment. For example, in each active segment, the conductive element may extend straight across the active area from one inactive area to another. Each inactive segment can join two active segments together through a turn, whereby the conductive element can extend back in a straight line across the active area of the stator from one inactive area to the other. there is. Each active segment of a phase winding may be separated from an adjacent active segment by a threshold distance (eg, such that active segments from other windings may be provided in a separation region). Each conducting element of a phase winding (eg, in the same bundle) may follow the same meandering path to the stator.
각각의 활성 세그먼트는 전도성 요소가 (예를 들어, 자기장 강도가 상대적으로 높은 영역에서) 회전자의 영구 자석과 정렬되는 영역을 포함할 수 있다. 각각의 비활성 세그먼트는 전도성 요소가 (예를 들어, 자기장 강도가 상대적으로 낮은 영역에서) 자석으로부터 축방향 또는 방사상으로 오프셋되는 것과 같이 회전자의 영구 자석과 정렬되지 않는 영역을 포함할 수 있다. 활성 세그먼트의 전도성 요소는 회전자의 자석과 상호 작용하도록 배치된다. 예를 들어, 방사상 갭의 경우, 각각의 활성 세그먼트의 전도성 요소는 비활성 영역 사이에서 축방향(회전자의 회전 축에 평행)으로 연장된다. 따라서, 활성 세그먼트는 회전자의 자석과 정렬되는 실린더의 표면 상에 배치된 일련의 직선 축방향 세그먼트이다. 예를 들어, 축방향 갭의 경우, 각각의 활성 세그먼트의 전도성 요소는 비활성 영역 사이에서 방사상으로(회전자의 회전 축에 직교하여) 연장된다. 따라서, 활성 세그먼트는 회전자의 자석과 정렬되는 환형 영역 상에 배치된 일련의 직선 방사상 세그먼트이다.Each active segment may include a region in which a conductive element is aligned with a permanent magnet of the rotor (eg, in a region where the magnetic field strength is relatively high). Each inactive segment may include a region that is out of alignment with the permanent magnets of the rotor, such as where the conductive elements are axially or radially offset from the magnet (eg, in regions where the magnetic field strength is relatively low). The conductive elements of the active segment are arranged to interact with the magnets of the rotor. For example, in the case of a radial gap, the conductive element of each active segment extends axially (parallel to the axis of rotation of the rotor) between the inactive regions. Thus, the active segments are a series of straight axial segments disposed on the surface of the cylinder aligned with the magnets of the rotor. For example, in the case of an axial gap, the conductive element of each active segment extends radially (perpendicular to the axis of rotation of the rotor) between the inactive regions. Thus, the active segments are a series of straight radial segments disposed on an annular region aligned with the magnets of the rotor.
각각의 전도성 요소는 활성 영역을 비활성 영역으로 빠져나갈 수 있으며, 그 후 전도성 요소는 비활성 영역에서 활성 영역으로 다시 들어갈 수 있도록 회전된다. 각각의 전도성 요소의 도체를 따라 흐르는 전류는 활성 영역에서 비활성 영역으로 이동할 것이며, 여기서 해당 요소는 전류가 다시 비활성 영역으로 흐르도록 회전된다. 각각의 회전은 연속성 경로를 제공할 수 있으며, 이에 의해 전도성 요소는 활성 영역으로 되돌아가기 위해 구부러진다. 회전은 비틀림(twist)을 포함할 수 있거나, 그렇지 않을 수도 있다. 비틀림이 제공되지 않는 경우, 회전은 전도성 요소를 주위로 구부려 비활성 영역에 들어간 동일한 구성으로 비활성 영역에서 활성 영역으로 복귀할 수 있다. 비활성 영역에 비틀림이 있는 경우, 전도성 요소는 비활성 영역에서 활성 영역으로 돌아가도록 구부러지지만, 비활성 영역에 들어간 구성과 상이한 구성으로 배치될 것이다. 회전은 동일한 평면에서 굽힘(bending)을 포함할 수 있거나 굽힘은 해당 평면 밖의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 활성 세그먼트와 비활성 세그먼트는 동일한 평면에 제공될 수 있거나, 비활성 세그먼트는 비활성 영역에서 회전할 때 해당 평면 밖으로 연장될 수 있다. 회전은 전도성 요소의 굽힘을 포함하여, 제1 방향(제1 비활성 영역으로부터 제2 비활성 영역으로 향하는 활성 영역을 가로지르는 방향)에서 제2 방향(제2 비활성 영역으로부터 제1 비활성 영역으로 향하는 활성 영역을 다시 가로지르는 방향)으로 연장되는 방향을 변경할 수 있다.Each conductive element can exit the active area into an inactive area, after which the conductive element is rotated to re-enter the active area from the inactive area. Current flowing along the conductor of each conductive element will move from an active area to an inactive area, where the element is rotated so that the current flows back into the inactive area. Each rotation may provide a continuity path whereby the conductive element bends back to the active area. Rotation may or may not include a twist. If no twist is provided, rotation can bend the conductive element around and return from the inactive area to the active area with the same configuration that entered the inactive area. If there is a twist in the inactive area, the conductive element will bend from the inactive area back to the active area, but in a different configuration than it entered into the inactive area. Rotation can involve bending in the same plane or bending can involve components out of that plane. For example, the first active segment and the inactive segment can be provided in the same plane, or the inactive segment can extend out of that plane as it rotates in the inactive area. Rotation includes bending of the conductive element to move the active area from a first direction (a direction across the active area from a first inactive area to a second inactive area) to a second direction (from a second inactive area to a first inactive area). direction that crosses it again).
복수의 전도성 요소는 제1 및/또는 제2 활성 세그먼트에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 예를 들어, 위상 권선의 각각의 활성 세그먼트에서, 해당 번들 내의 전도성 요소는 활성 영역에서 서로 평행하게 실행될 것이다. 전도성 요소는 (예를 들어, 비틀리거나 회전할 때) 비활성 영역에서 서로 평행하게 실행되지 않을 수 있다. 제1 활성 세그먼트의 전도성 요소는 제2 활성 세그먼트의 전도성 요소와 실질적으로 평행할 수 있다. 예를 들어, 방사상 갭 고정자의 경우, 각각의 활성 세그먼트는 서로 평행하고 회전자의 회전 축에 평행할 수 있다. 축방향 갭 고정자의 경우, 각각의 활성 세그먼트는 인접한 활성 세그먼트와 평행하지 않을 수 있지만, 활성 영역과 제1 비활성 영역 사이의 경계에서 인접한 활성 세그먼트 사이의 분리 거리는 활성 영역과 제2 비활성 영역 사이의 경계에서 인접한 활성 세그먼트 사이의 분리 거리에 상응할 수 있다. 예를 들어, 축방향 갭 고정자에서 두 개의 인접한 활성 세그먼트는 두 개의 라인이 고정자의 중심에서 교차하도록 라인을 따라 연장될 수 있다(그만큼 연장된 경우). 전도성 요소는 활성 영역을 가로질러 직선으로 꼬이지 않고 연장될 수 있다.The plurality of conductive elements can be substantially parallel to each other in the first and/or second active segments. For example, in each active segment of a phase winding, the conductive elements in that bundle will run parallel to each other in the active region. The conductive elements may not run parallel to each other in the inactive area (eg, when twisted or rotated). The conductive element of the first active segment may be substantially parallel to the conductive element of the second active segment. For example, in the case of a radial gap stator, each active segment may be parallel to each other and to the axis of rotation of the rotor. In the case of an axial gap stator, each active segment may not be parallel to an adjacent active segment, but the separation distance between adjacent active segments at the boundary between the active region and the first inactive region is equal to the boundary between the active region and the second inactive region. may correspond to the separation distance between adjacent active segments in For example, in an axial gap stator, two adjacent active segments may extend along a line such that the two lines intersect at the center of the stator (if so extended). The conductive element may extend untwisted in a straight line across the active area.
전도성 요소 중 적어도 하나는 비활성 영역에서 비틀려진다. 예를 들어, 비틀림은 적어도 하나의 전도성 요소가 회전 주위로 연장될 때 발생할 수 있다. 비틀림은 위상 권선 내의 단일 전도성 요소에 대한 것일 수 있거나, 전체적으로 위상 권선의 복수의 전도성 요소(예를 들어, 위상 권선을 형성하는 전도성 소자의 번들) 에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, 비틀림은 해당 전도성 요소의 길이 방향 축에 대한 개별 전도성 요소의 회전, 및/또는 해당 전도성 요소의 번들의 길이 방향 축에 대한 전도성 요소의 번들의 회전과 같은 길이 방향 축에 대한 회전을 포함할 수 있다. 개별 전도성 요소의 길이 방향 축은 구불구불한 구조를 따라 그 길을 따라갈 때 해당 요소의 길이를 따라 연장되는 중앙 축을 포함할 수 있다. 전도성 요소의 번들의 길이 방향 축은 구불구불한 구조를 따라 번들의 길이를 따라 연장되는 번들의 중앙 축을 포함할 수 있다.At least one of the conductive elements is twisted in the inactive area. For example, torsion may occur when at least one conductive element extends around a rotation. Twisting may be for a single conductive element within the phase winding, or may be for a plurality of conductive elements of the phase winding as a whole (eg, a bundle of conductive elements forming the phase winding). For example, torsion refers to rotation about a longitudinal axis, such as rotation of an individual conductive element about a longitudinal axis of that conductive element, and/or rotation of a bundle of conductive elements about a longitudinal axis of a bundle of corresponding conductive elements. can include The longitudinal axis of an individual conductive element may include a central axis extending along the length of the element as it follows its way along the serpentine structure. The longitudinal axis of the bundle of conductive elements may include a central axis of the bundle extending along the length of the bundle along the serpentine structure.
전도성 요소는 길이 방향 축에 대해 회전되었다는 점에서 비틀려질 수 있다. 전도성 요소는 제1 활성 세그먼트로부터 특정 방향을 갖는 비활성 세그먼트로 전환할 수 있고, 해당 전도성 요소는 비활성 세그먼트로부터 상이한 방향을 갖는 제2 활성 세그먼트로 전환할 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소의 방향은 예를 들어 전도성 요소가 인접한 활성 세그먼트에서 상이한 방향으로 제공되도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 활성 세그먼트의 전도성 요소는 제2 활성 세그먼트의 전도성 요소에 대해 상이한 회전 위치에 있을 수 있다.The conductive element may be twisted in that it has been rotated about a longitudinal axis. A conductive element can transition from a first active segment to an inactive segment having a specific orientation, and the conductive element can transition from an inactive segment to a second active segment having a different orientation. For example, the orientation of the conductive elements can be changed such that, for example, the conductive elements are presented in different orientations in adjacent active segments. For example, the conductive element of the first active segment may be in a different rotational position relative to the conductive element of the second active segment.
전도성 요소는 위상 권선의 다른 전도성 요소에 대한 위치 및/또는 방향이 변경되었다는 점에서 비틀려질 수 있다. 예를 들어, 위상 권선의 복수의 전도성 요소 내의 전도성 요소의 배치는 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 위상 권선의 임의의 하나의 전도성 요소의 경우, 회전자의 자석에 대한 분리 거리는 (예를 들어, 전도성 요소가 다른 활성 세그먼트에서보다 회전자 자석에 더 가까운 일부 활성 영역에 있도록) 구불구불한 구조를 따라 연장될 때 변경될 수 있다.A conductive element may be twisted in that its position and/or orientation relative to other conductive elements of the phase winding is changed. For example, the placement of conductive elements within the plurality of conductive elements of the phase winding can be varied between the first and second active segments. For example, for any one conducting element of a phase winding, the separation distance to the magnets of the rotor is meandering (eg, so that the conducting element is in some active regions closer to the rotor magnets than in other active segments). It can change as it is extended along the serpentine structure.
위상 권선의 경우, 복수의 전도성 요소는 번들로 패키징될 수 있다. 번들은 단면에서 선택된 형상을 가질 수 있다. 번들에 대해 선택된 단면 형상은 인접한 활성 세그먼트에서 동일할 수 있다(예를 들어, 선택된 단면 형상은 고정자의 모든 활성 세그먼트에 대해 일정하게 유지될 수 있음). 그러나, 해당 번들 내의 전도성 요소의 배치는 예를 들어 후속 활성 세그먼트의 전도성 요소가 상이한 위치 구성을 갖도록 상이한 활성 세그먼트 사이에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 제2 활성 세그먼트와 비교하여 제1 활성 세그먼트의 단면에서 번들을 볼 때, 하나 이상의 전도성 요소는 개별적으로 회전될 수 있고/있거나 번들 자체가 전체적으로 회전되었을 수 있다. 결과적으로, 위상 권선의 복수의 전도성 요소의 구성은 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이에서 변경될 것이다. 따라서, 전도성 요소 중 적어도 하나는 제1 활성 세그먼트와 비교하여 제2 활성 세그먼트에서 상이한 거리만큼 회전자의 자석으로부터 분리되거나 자석에 대해 상이한 방향에 있을 것이다.In the case of phase windings, a plurality of conductive elements may be packaged in a bundle. The bundle may have a shape selected in cross section. The cross-sectional shape selected for the bundle may be the same in adjacent active segments (eg the selected cross-sectional shape may remain constant for all active segments of the stator). However, the placement of conductive elements within a given bundle may be varied between different active segments, for example such that conductive elements in subsequent active segments have different positional configurations. For example, when viewing a bundle in a cross-section of a first active segment compared to a second active segment, one or more conductive elements may be individually rotated and/or the bundle itself may be rotated as a whole. Consequently, the configuration of the plurality of conductive elements of the phase winding will change between the first and second active segments. Accordingly, at least one of the conductive elements will be separated from the magnets of the rotor by a different distance or in a different orientation relative to the magnets in the second active segment compared to the first active segment.
예를 들어, 복수의 전도성 요소는 번들로 패키징될 수 있다. 번들은 제2 비활성 영역에서 비틀려질 수 있다. 예를 들어, 번들은 제2 비활성 영역에서 회전 주위로 연장될 때 비틀려질 수 있다. 번들 내에서 상이한 전도성 요소의 배치는 번들이 비틀려질 때 변경될 수 있다. 결과적으로, 번들 내의 전도성 요소 중 적어도 하나는 제1 활성 세그먼트와 비교하여 제2 활성 세그먼트에서 회전자의 자석으로부터 상이한 분리 거리에 있을 것이다. 예를 들어, 비틀려진 번들은 그 길이 방향 축에 대한 번들의 회전을 포함할 수 있다. 번들의 형상은 제1 및 제2 활성 세그먼트에서 단면이 동일할 수 있지만, 해당 번들 내의 전도성 요소의 배치는 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이에서 변경될 수 있다. 번들은 고정자의 각각의 비활성 영역에서 비틀려질 수 있거나 일부 비활성 영역에서만 비틀려질 수 있다. 예를 들어, 후속 비틀림은 동일할 수 있으며, 예를 들어, 제1 비활성 영역에서의 비틀림은 길이 방향 축에 대한 번들의 선택된 회전량을 포함할 수 있고, 제2 비활성 영역에서의 다음 비틀림은 동일한 회전량을 포함할 수 있다. 후속 비틀림은 이전의 변경을 뒤집기 위한 회전을 포함할 수 있음으로써, 예를 들어 모든 제2 활성 세그먼트(비틀림이 발생한 위치)는 동일한 구성으로 배치된 전도성 요소를 가질 것이다.For example, a plurality of conductive elements may be packaged in a bundle. The bundle can be twisted in the second inactive area. For example, the bundle can be twisted as it extends around a turn in the second inactive area. The placement of different conductive elements within a bundle can change when the bundle is twisted. As a result, at least one of the conductive elements in the bundle will be at a different separation distance from the magnets of the rotor in the second active segment compared to the first active segment. For example, a twisted bundle may include rotation of the bundle about its longitudinal axis. The shape of the bundle may be identical in cross section in the first and second active segments, but the placement of the conductive elements within the bundle may vary between the first and second active segments. The bundle can be twisted in each inactive area of the stator or only in some inactive areas. Subsequent twists may be the same, for example, a twist in the first inactive region may include a selected amount of rotation of the bundle about the longitudinal axis, and a subsequent twist in the second inactive region may be the same. Rotation may be included. Subsequent twists may include rotations to reverse previous changes, such that, for example, every second active segment (where the twist occurs) will have conductive elements disposed in the same configuration.
비활성 영역의 회전은 위상 권선에 대한 방향의 변경(예를 들어, 전류 흐름의 방향의 변경)을 포함할 수 있다. 각각의 회전은 위상 권선에 대한 방향을 되돌릴 수 있음으로써, 전도성 요소가 활성 영역을 가로질러 하나의 비활성 영역에서 다른 비활성 영역을 향해 다시 연장될 수 있다. 비활성 영역의 비틀림은 번들내의 개별 전도성 요소/전체적으로 번들의 개별 전도성 요소의 배치 및/또는 방향의 변화를 포함할 수 있다. 비틀림은 회전 중에 발생할 수 있다.Rotation of the inactive region may include a change of direction relative to the phase winding (eg, change of direction of current flow). Each rotation can reverse direction to the phase winding so that the conductive element can extend across the active area and back from one inactive area to the other. Twisting of the inactive area may include changing the placement and/or orientation of individual conductive elements within the bundle/of the bundle as a whole. Torsion can occur during rotation.
무슬롯 위상 권선의 구불구불한 구조의 비활성 세그먼트는 제1 비활성 세그먼트일 수 있고, 무슬롯 위상 권선의 구불구불한 구조는 제2 비활성 세그먼트 및 제3 활성 세그먼트를 더 포함할 수 있다. 제2 비활성 세그먼트는 제2 활성 세그먼트를 제3 활성 세그먼트에 결합할 수 있다. 제2 비활성 세그먼트는 제1 비활성 영역에 제공된 회전을 포함할 수 있다. 전도성 요소 중 적어도 하나는 제1 비활성 영역에서 비틀려질 수 있으며, 예를 들어, 비틀림은 회전 중에 발생할 수 있다. 제1 비활성 영역에서의 비틀림은 절반 비틀림(half twist)(예를 들어, 번들의 길이 방향 축을 중심으로 180도만큼 전도성 요소의 번들의 회전)을 포함할 수 있다. 제2 비활성 영역에서의 비틀림은 또한 절반 비틀림을 포함할 수 있다. 비틀림은 번들 내의 개별 전도성 요소의 위치의 변경 및/또는 전도성 요소/번들의 방향의 변경을 제공할 수 있다. 예를 들어, 비틀림은 제1 활성 영역에서의 전도성 요소의 내부 배치가 제2 활성 영역의 내부 배치와 상이하도록 구성될 수 있다. 절반 비틀림은 제1 활성 세그먼트를 제2 활성 세그먼트와 비교할 때 180도 회전을 포함할 수 있다. 전도성 요소 및/또는 번들은 전체적으로 비활성 영역에서 비틀려지거나 압축될 수 있다.The inactive segment of the serpentine structure of the slotless phase winding may be a first inactive segment, and the serpentine structure of the slotless phase winding may further include a second inactive segment and a third active segment. The second inactive segment can couple the second active segment to the third active segment. The second inactive segment may include a rotation provided to the first inactive area. At least one of the conductive elements may be twisted in the first inactive region, for example twisting may occur during rotation. The twist in the first inactive region may include a half twist (eg, rotation of the bundle of conductive elements by 180 degrees about a longitudinal axis of the bundle). The twist in the second inactive region may also include a half twist. Twisting can provide a change in the position of individual conductive elements within the bundle and/or a change in orientation of the conductive elements/bundles. For example, the torsion can be configured so that the internal arrangement of the conductive elements in the first active region differs from the internal arrangement in the second active region. A half twist may include a 180 degree rotation when comparing the first active segment to the second active segment. The conductive element and/or bundle may be twisted or compressed entirely in the inactive area.
전도성 요소의 번들은 10개 요소 깊이와 같이 적어도 5개 요소 깊이일 수 있다. 다시 말하면, 번들을 형성하는 전도성 요소는 포함된 별개의 전도성 요소의 적어도 5개(예를 들어, 10개 이상)의 층을 가진 층으로 배치될 수 있다. 요소의 번들은 기계적으로 연결되고/되거나 지지될 수 있다. 예를 들어, 포팅(potting) 재료는 상이한 전도성 요소를 함께 묶는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소는 함께 몰딩(moulding)될 수 있고, 예를 들어 고정자 자체(전도성 요소를 포함함)는 구조를 지지하기 위해 제공할 폴리머 또는 수지로 몰딩될 수 있다. 전도성 요소의 번들은 비활성 영역에서 360°로 비틀려질 수 있다. 이것은 하나의 비활성 영역 비틀림을 통해 전도성 요소의 공간적 배치를 변경하지 않고 권선과 연관된 체적을 감소시킬 수 있다.A bundle of conductive elements may be at least 5 elements deep, such as 10 elements deep. In other words, the conductive elements forming the bundle may be arranged in layers with at least 5 (eg, 10 or more) layers of discrete conductive elements included. Bundles of elements may be mechanically connected and/or supported. For example, potting materials may be used to bind different conductive elements together. For example, the conductive elements may be molded together, for example the stator itself (including the conductive elements) may be molded with a polymer or resin to serve as a support structure. The bundle of conductive elements can be twisted through 360° in the inactive area. This can reduce the volume associated with the windings without changing the spatial arrangement of the conductive elements through twisting one inactive area.
고정자는 다상 고정자일 수 있다. 무슬롯 위상 권선은 제1 무슬롯 위상 권선일 수 있고, 고정자는 복수의 무슬롯 위상 권선을 포함하는 다상 무슬롯 고정자이다. 복수의 무슬롯 위상 권선의 각각은 상술한 타입의 위상 권선일 수 있다. 제1 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트는 활성 영역에서 제1 무슬롯 위상 권선의 제2 활성 세그먼트로부터 오프셋될 수 있다. 복수의 무슬롯 위상 권선의 각각은 구불구불한 구조로 배치될 수 있다. 제1 무슬롯 위상 권선의 구불구불한 구조는 고정자의 다른 무슬롯 위상 권선 중 하나 이상의 구불구불한 구조와 인터레이스(interlace)될 수 있다. 예를 들어, 위상 권선의 각각은 고정자에 대해 반복되는 구불구불한 구조로 배치될 수 있다. 각각의 위상 권선의 반복 구조는 다른 위상 권선의 구조에 대해 오프셋될 수 있음으로써, 활성 영역에서 상이한 위상 권선의 전도성 요소를 중첩하지 않고 고정자 상에 모두 제공될 수 있다. 제2 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트는 제1 무슬롯 위상 권선의 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이에 배치될 수 있다. 제2 무슬롯 위상 권선의 비활성 세그먼트는 제2 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트에 결합될 수 있다. 제2 무슬롯 위상 권선의 비활성 세그먼트는 제2 비활성 영역에 제공된 회전을 포함할 수 있고, 제2 무슬롯 위상 권선의 전도성 요소 중 적어도 하나는 제2 비활성 영역에서 비틀려질 수 있다.The stator may be a multi-phase stator. The slotless phase winding may be a first slotless phase winding, and the stator is a multi-phase slotless stator including a plurality of slotless phase windings. Each of the plurality of slotless phase windings may be a phase winding of the type described above. A first active segment of the first slotless phase winding may be offset from a second active segment of the first slotless phase winding in an active region. Each of the plurality of slotless phase windings may be arranged in a serpentine structure. The meander of the first slotless phase winding may be interlaced with one or more meanders of the other slotless phase windings of the stator. For example, each of the phase windings may be arranged in a serpentine structure that repeats with respect to the stator. The repeating structure of each phase winding can be offset with respect to the structure of the other phase windings, so that the conductive elements of the different phase windings in the active area can all be provided on the stator without overlapping. The first active segment of the second slotless phase winding may be disposed between the first and second active segments of the first slotless phase winding. The inactive segment of the second slotless phase winding may be coupled to the first active segment of the second slotless phase winding. The inactive segment of the second slotless phase winding may include a turn provided in the second inactive region, and at least one of the conductive elements of the second slotless phase winding may be twisted in the second inactive region.
고정자는 제1 무슬롯 위상 권선의 회전의 전도성 요소가 제2 무슬롯 위상 권선의 회전을 통과할 수 있게 하도록 배치될 수 있다. 제1 무슬롯 위상 권선의 제2 활성 세그먼트는 제2 무슬롯 위상 권선의 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이의 활성 영역에 배치될 수 있다. 제1 무슬롯 위상 권선의 회전은 제2 무슬롯 위상 권선의 회전에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 무슬롯 위상 권선에는 제2 무슬롯 위상 권선과 동일한 비틀림이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이의 제1 위상 권선의 전도성 요소의 구성/방향의 변경은 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이의 제2 위상 권선의 전도성 요소의 구성/방향의 변경과 동일할 수 있다. 제3 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트는 제1 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트와 제2 활성 세그먼트 사이의 활성 영역에 제공될 수 있다. 제2 및 제3 위상 권선은 모두 제1 권선과 동일할 수 있다. 추가의 위상 권선이 또한 제공될 수 있다.The stator may be arranged to allow a conductive element of the turns of the first slotless phase winding to pass through the turns of the second slotless phase winding. The second active segment of the first slotless phase winding may be disposed in an active area between the first and second active segments of the second slotless phase winding. A turn of the first slotless phase winding may be disposed adjacent to a turn of the second slotless phase winding. The first slotless phase winding may be provided with the same twist as the second slotless phase winding. For example, a change in the configuration/orientation of the conductive elements of the first phase winding between the first and second active segments is equivalent to a change in the configuration/orientation of the conductive elements in the second phase winding between the first and second active segments. can be the same The first active segment of the third slotless phase winding may be provided in an active region between the first and second active segments of the first slotless phase winding. Both the second and third phase windings may be identical to the first winding. Additional phase windings may also be provided.
본 개시의 양태는 본 명세서에 개시된 바와 같은 고정자, 및 복수의 자석을 운반하는 회전자를 포함하는 전기 기계를 제공할 수 있다. 전기 기계는 회전자에 의해 운반되는 자석이 고정자의 활성 영역과 정렬되도록 배치된다. 전기 기계는 본 명세서에 개시된 바와 같이 모터 및/또는 발전기를 포함할 수 있다. 회전자의 자석과 고정자의 활성 영역 사이의 에어 갭의 거리는 무슬롯 위상 권선의 복수의 전도성 요소의 단면 깊이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소의 번들의 깊이는 에어 갭보다 클 수 있다. 전도성 요소의 깊이는 에어 갭에 비해 클 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소는 자기 갭의 60% 이상과 같이 자기 갭의 적어도 절반을 채울 수 있다. 플럭스 링은 위상 권선 뒤에 제공될 수 있다(예를 들어, 회전자에서 멀어질 수 있음). 플럭스 링은 자기장 원을 닫도록 구성될 수 있다. 자기 갭은 플럭스 링(예를 들어, 이의 내부 표면)과 회전자의 영구 자석(예를 들어, 이의 외부 표면) 사이의 분리의 거리를 포함할 수 있다. 플럭스 링은 자기 에어 갭 깊이와 유사한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 플럭스 링 깊이는 더 높지는 않더라도 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 에어 갭은 0.6mm 미만과 같이 1mm 미만일 수 있다.Aspects of the present disclosure may provide an electrical machine comprising a stator as disclosed herein, and a rotor carrying a plurality of magnets. The electrical machine is arranged such that the magnets carried by the rotor are aligned with the active area of the stator. Electrical machines may include motors and/or generators as disclosed herein. The distance of the air gap between the magnets of the rotor and the active area of the stator may be smaller than the cross-sectional depth of the plurality of conductive elements of the slotless phase winding. For example, the depth of the bundle of conductive elements can be greater than the air gap. The depth of the conductive element may be greater than the air gap. For example, the conductive element may fill at least half of the magnetic gap, such as 60% or more of the magnetic gap. A flux ring may be provided after the phase windings (eg away from the rotor). The flux ring may be configured to close the magnetic field circle. The magnetic gap may include the distance of separation between the flux ring (eg, an inner surface thereof) and the permanent magnets of the rotor (eg, an outer surface thereof). The flux ring may have a depth similar to the magnetic air gap depth. For example, the flux ring depth may be substantially the same if not higher. For example, the air gap may be less than 1 mm, such as less than 0.6 mm.
이제 본 개시의 일부 예가 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.Some examples of the present disclosure will now be described by way of example only with reference to the drawings.
도 1은 고정자와 회전자를 가진 전기 기계의 개략도를 도시한다.
도 2는 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 3은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 4는 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 5는 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 6은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 7은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 8은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 9는 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 10은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 11은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 12는 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 13은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 14는 방사상 갭 전기 기계의 개략도를 도시한다.
도 15는 고정자 권선을 제조하는 방법의 단계의 개략도를 도시한다.
도 16은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 17은 고정자 권선의 개략도를 도시한다.
도 18은 고정자 권선을 제조하는 방법의 단계의 개략도를 도시한다.
도 19는 후속 활성 세그먼트의 단면의 개략도를 도시한다.
도 20은 후속 활성 세그먼트의 단면의 개략도를 도시한다.
도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타내기 위해 사용된다.1 shows a schematic diagram of an electric machine with a stator and a rotor.
2 shows a schematic diagram of stator windings.
3 shows a schematic diagram of stator windings.
4 shows a schematic diagram of stator windings.
5 shows a schematic diagram of stator windings.
6 shows a schematic diagram of stator windings.
7 shows a schematic diagram of stator windings.
8 shows a schematic diagram of stator windings.
9 shows a schematic diagram of stator windings.
10 shows a schematic diagram of stator windings.
11 shows a schematic diagram of stator windings.
12 shows a schematic diagram of stator windings.
13 shows a schematic diagram of stator windings.
14 shows a schematic diagram of a radial gap electric machine.
15 shows a schematic diagram of the steps of a method for manufacturing stator windings.
16 shows a schematic diagram of stator windings.
17 shows a schematic diagram of stator windings.
18 shows a schematic diagram of the steps of a method for manufacturing stator windings.
19 shows a schematic diagram of a cross-section of a subsequent active segment.
20 shows a schematic diagram of a cross-section of a subsequent active segment.
Like reference numbers in the drawings are used to indicate like elements.
본 개시의 실시예는 전기 기계용 고정자에 관한 것이다. 특히, 고정자에는 하나 이상의 위상 권선이 제공된다. 위상 권선에는 고정자의 비활성 영역에서 구부러지고 비틀린 절연 도체가 배치된다. 도체는 고정자의 활성 영역에 걸쳐 직선이고 비틀리지 않을 수 있다. 그런 다음, 도체는 비활성 영역에서 비틀리고 구부러짐으로써, 도체의 배치 및/또는 방향이 변경될 것이다. 전도성 요소의 분포는 고정자의 활성 영역에 따라 달라질 것이다. 이것은 고정자 내에서 필드의 보다 균일한 분포로 이어질 수 있으며, 또한 고정자를 동작할 때 순환 전압 손실을 줄일 수 있다.Embodiments of the present disclosure relate to stators for electrical machines. In particular, the stator is provided with one or more phase windings. The phase windings are arranged with insulated conductors bent and twisted in the inactive area of the stator. The conductors may be straight and untwisted across the active area of the stator. The conductors will then be twisted and bent in the inactive area, thereby changing the placement and/or orientation of the conductors. The distribution of conductive elements will depend on the active area of the stator. This can lead to a more uniform distribution of the field within the stator and can also reduce cyclic voltage losses when operating the stator.
도 1은 전기 기계(1)를 도시한다. 도 1의 상부는 (예를 들어, 회전축을 통과하는 평면에서) 전기 기계의 단면도이다. 도 1의 하부는 평면 A-B에서의 전기 기계의 단면도이다.1 shows an
전기 기계는 고정자(10)와 회전자(2)를 포함한다. 회전자(2)와 고정자 사이에는 에어 갭(9)이 제공된다.The electric machine includes a stator (10) and a rotor (2). An
고정자(10)는 위상 권선(7) 및 플럭스 링(8)을 포함한다. 고정자(10)는 활성 영역, 및 제1 및 제2 비활성 영역을 갖는다. 활성 영역에는 활성 세그먼트(71)가 도시된다. 제1 비활성 세그먼트(72)는 제1 비활성 영역에 도시되고, 제2 비활성 세그먼트(73)는 제2 비활성 영역에 도시된다.The
회전자(2)는 중앙 샤프트(21), 결합 부재(22) 및 복수의 영구 자석(6)을 갖는다.The rotor 2 has a
전기 기계(1)는 베어링 조립체(3)를 갖는 하우징(4)을 포함한다. 하우징(4)은 장착 플레이트(5)를 포함한다.The electric machine (1) comprises a housing (4) with a bearing assembly (3). The housing 4 includes a mounting
도 1의 예에서, 전기 기계(1)는 방사상 갭 기계이다. 전기 기계(1)는 모터일 수 있고, 이 경우 고정자(10)는 회전자(2)의 회전을 구동하는 데 사용될 수 있고/있거나 발전기일 수 있으며, 이 경우 고정자(10)는 회전자(2)의 회전에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하는데 사용될 수 있다.In the example of figure 1, the
고정자(10) 및 회전자(2)는 하우징(4) 내에 수용된다. 하우징(4) 및 장착 플레이트(5)는 고정자(10) 및 회전자(2)를 둘러싸서 이러한 구성 요소를 수용한다. 전기 기계(1)는 중앙 축에 대해 대칭이고, 중앙 축은 회전자(2)의 회전 축이다.The
회전자(2)는 고정자(10)(및 하우징(4)) 내에서 방사상으로 제공된다. 회전자(2)의 중앙 샤프트(21)은 중앙 축(회전자(2)의 회전축)을 따라 연장된다. 중앙 샤프트(21)는 베어링 조립체(3)를 통해 하우징(4)에 결합된다. 베어링 조립체(3)는 2개의 베어링 조립체를 포함할 수 있다. 제1 베어링 조립체(3)는 중앙 샤프트(21)의 제1 단부에 제공된다(여기서 샤프트는 하우징(4)에 의해 둘러싸여 있음). 제2 베어링 조립체(3)는 제1 단부로부터 떨어져 있는 중앙 샤프트(21)의 제2 영역에 제공된다(여기서, 샤프트는 장착 플레이트(5)를 통과함). 장착 플레이트(5)는 중앙 샤프트(21)(및 고정자(10))로부터 방사상 바깥쪽으로 샤프트에 결합된다. 결합 부재(22)는 샤프트로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되어 회전자(2)를 위한 외부 원통형 드럼을 제공한다. 영구 자석(6)은 회전자 드럼 상에 제공된다.The rotor 2 is provided radially within the stator 10 (and housing 4). A
고정자(10)는 회전자(2)로부터 방사상 바깥쪽에 위치된다. 에어 갭(9)은 영구 자석(6)과 위상 권선(7) 사이의 방사상 갭으로서 제공된다. 회전자(2)는 원통형이다(예를 들어, 영구 자석(6)은 원통형 표면 상에 제공됨). 고정자(10)는 원통형이고 중공이다(예를 들어, 위상 권선(7)은 원통형 표면 상에 제공됨). 자석(6)의 원통형 표면과 위상 권선(7)은 중공 원통형 에어 갭(9)에 의해 분리된다. 권선은 고정자(10)의 장착 표면 상에 제공된다. 장착 표면은 (회전자(2)의 자석(6)을 향해) 안쪽을 향하도록 권선의 방사상 바깥쪽에 위치된다. 고정자 권선(7)은 플럭스 링(8)에 의해 둘러싸인다. 다시 말하면, 플럭스 링(8)은 위상 권선(7)의 방사상 바깥쪽으로 배치된다. 플럭스 링(8)은 고정자(10)의 활성 영역에 제공된다. 하우징(4)은 플럭스 링(8)의 방사상 바깥쪽에 제공되어 플럭스 링 내에 모든 구성 요소를 수용한다.The
회전자(2)가 고정자(10) 내에 삽입되면, 회전자(2)의 영구 자석(6)은 고정자(10)의 활성 영역과 정렬된다. 영구 자석(6)은 고정자(10)의 활성 영역의 방사상 안쪽에 위치된다. 고정자(10)의 활성 영역은 회전자(2)의 회전축에 평행한 방향으로 영구 자석(6)의 범위를 따라 연장된다. 따라서, 고정자(10)의 활성 영역 내에 방사상으로 위치된 영구 자석(6)이 있다. 영구 자석(6)은 고정자(10)의 비활성 영역 내에 방사상으로 위치되지 않는다. 따라서, 활성 영역의 자기장은 고정자(10)의 비활성 영역보다 훨씬 높다. 비활성 영역은 영구 자석(6)의 길이 방향 범위 밖에 있다. 비활성 영역은 활성 영역에 의해 분리된다. 다시 말하면, 고정자(10)의 원통형 표면은 활성 영역을 제공하고, (축방향 길이를 따른) 원통형 표면의 양쪽 영역은 비활성 영역이다.When the rotor 2 is inserted into the
위상 권선(7)은 활성 영역으로 복귀할 수 있도록 비활성 영역에서 회전한다. 제1 비활성 영역에서, 제1 비활성 세그먼트(72)는 회전함에 따라 방사상 바깥쪽으로 연장된다. 제1 비활성 영역의 권선(7)은 활성 영역의 권선(7)보다 회전자(2)의 회전축으로부터 방사상으로 더 멀리 연장될 수 있다. 제1 비활성 세그먼트(72)의 내부 표면은 제1 활성 세그먼트(71)의 내부 표면과 동일한 거리만큼 회전축으로부터 떨어져 위치될 수 있다. 제1 비활성 세그먼트(72)의 외부 표면은 제1 활성 세그먼트(71)의 외부 표면에 비해 회전축으로부터 더 멀리 위치된 수 있다. 제1 비활성 세그먼트(72)는 활성 영역으로 복귀하기 위해 180도 회전함에 따라 방사상 바깥쪽으로 컬링(curling)될 수 있다.The phase winding 7 rotates in the inactive region so that it can return to the active region. In the first inactive area, the first
제2 비활성 영역에서, 제2 비활성 세그먼트(73)는 회전함에 따라 방사상 안쪽으로 연장된다. 제2 비활성 세그먼트(73)는 회전축을 향해 회전자(2)의 하우징(4)의 중공 영역으로 연장될 수 있다. 제2 비활성 세그먼트(73)의 내부 표면은 활성 세그먼트(71)의 내부 표면에 비해 회전자(2)의 회전축에 더 가깝게 위치될 수 있다. 제2 비활성 세그먼트(73)는 제2 활성 영역으로 복귀하기 위해 180도 회전함에 따라 방사상 안쪽으로 컬링될 수 있다. 활성 세그먼트(71) 및 제2 비활성 세그먼트(73)의 영역에서, 하우징(4)은 원통형일 수 있다. 하우징(4)은 제1 비활성 세그먼트(72)의 영역에서 방사상 바깥쪽으로 테이퍼링(tapering)될 수 있다. 제1 및 제2 비활성 세그먼트는 회전자(2) 상의 자석(6)의 길이 방향 범위 외부의 영역에서 하우징(4) 내에 방사상으로 끼워질 수 있다.In the second inactive area, the second
회전자(2)는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 베어링 조립체(3)는 고정자(10)(및 하우징(4))에 대한 회전자(2)의 회전(예를 들어, 회전축을 중심으로 회전)을 허용하도록 구성된다. 따라서, 회전자(2)의 영구 자석(6)은 고정자(10)의 위상 권선(7)에 대해 이동(회전)할 수 있다.The rotor 2 is configured to rotate around a rotational axis. The bearing
위상 권선(7)의 활성 세그먼트는 고정자(10)의 활성 영역을 가로질러 연장되도록 배치된다. 활성 세그먼트는 회전자(2)의 회전 축에 평행하게 움직이는 직선 방향으로 연장될 수 있다. 비활성 세그먼트는 각각의 활성 세그먼트(71)가 활성 영역을 가로질러 직선 방향으로 연장될 수 있도록 인접한 활성 세그먼트를 결합하도록 배치된다. 각각의 인접한 활성 세그먼트(71)는 반대 방향으로(예를 들어, 제1 비활성 영역에서 제2 비활성 영역으로, 그 다음 제2 비활성 영역에서 제1 비활성 영역으로) 활성 영역을 가로질러 연장될 것이다. 활성 세그먼트는 고정자(10)의 활성 영역의 360도를 통해 제공될 수 있다. 비활성 세그먼트는 직선 활성 세그먼트가 고정자(10)의 활성 영역 전체에 걸쳐 스팬(span)할 수 있도록 배치될 수 있다.The active segments of the phase winding 7 are arranged to extend across the active area of the
비활성 영역의 일부 또는 전부에서, 비활성 세그먼트는 비틀릴 수 있다. 예를 들어, 위상 권선(7)은 하나 이상의 비활성 영역에서 회전함에 따라 비틀릴 수 있다. 위상 권선(7)의 비틀림은 후속 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.In some or all of the inactive area, the inactive segment may be twisted. For example, the phase winding 7 may twist as it rotates in one or more inactive regions. The twisting of the phase winding 7 will now be described with reference to subsequent figures.
도 2의 상부는 고정자(10)의 위상 권선의 확대 단면도를 도시한다. 도 2의 하부는 확대도가 취해진 전기 기계(1)의 일부의 축소도를 도시한다.The upper portion of FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the phase windings of the
도 2의 예에서, 고정자(10)는 3상 권선을 갖는다. 도시된 바와 같이, 'I'로 표시된 제1 위상 권선, 'II'로 표시된 제2 위상 권선 및 'III'으로 표시된 제3 위상 권선이 있다. 도 2의 상부는 고정자(10)의 활성 영역에서의 단면을 도시한다. 2개의 활성 세그먼트는 위상 권선의 각각에 대해 도시된다. 각각의 위상 세그먼트는 중앙선의 왼쪽에 하나의 활성 세그먼트(71)가 있고, 중앙선의 오른쪽에 하나의 활성 세그먼트가 있다. 오른쪽에 있는 각각의 위상 권선의 활성 세그먼트(71)는 각각 71-I, 71-II 및 71-III에 의해 표시된다. 위상 권선은 순서대로 배치된다. 순서는 각각의 후속 활성 영역(예를 들어, I, II, III)으로 반복된다. 다시 말하면, 3상 권선은 서로 인터레이스(interlace)된다. 3상 권선은 고정자(10)의 전체 활성 영역 주위로 연장된다. 이것이 원형으로 연장될 때, 서로 고정된 위상 오프셋을 유지한다(예를 들어, 활성 영역 주변에서 연장되는 것과 동일한 형상을 추적함). 참조 번호(61 및 62)는 상이한 활성 세그먼트에 대한 상이한 극 방향(pole direction)을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 위상 권선에 대한 제1 활성 세그먼트(71)와 후속 활성 세그먼트(71) 사이에서 극 방향은 (예를 들어, 전류 운반 요소가 이제 180도 회전함에 따라) 변경되었다.In the example of Figure 2, the
비활성 영역에서 180도 회전하는 것 외에도, 위상 권선은 또한 비활성 영역에서 비틀려질 수 있다. 이러한 비틀림의 예는 이제 도 3을 참조하여 설명될 것이다.In addition to rotating 180 degrees in the inactive region, the phase windings can also be twisted in the inactive region. An example of such a twist will now be described with reference to FIG. 3 .
도 3은 위상 권선의 개략도를 도시한다. 도 3의 중앙 부분에서, 다이어그램은 위상 권선이 고정자(10) 주위로 연장될 때 취할 수 있는 형상을 도시한다. 이해되는 바와 같이, 도 3은 평면도를 도시하지만, 방사상 갭 고정자의 경우, 표면은 원통형일 것이다. 위상 권선은 고정자(10)의 활성 영역에 일련의 활성 세그먼트(71)를 포함한다. 도면에 걸친 점선은 활성 영역이 있는 위치를 도시한다. 이러한 점선이 위와 아래는 비활성 영역이다. 제1 비활성 영역은 제1 비활성 세그먼트(72)와 함께 도면의 하부에 도시되고, 제2 비활성 영역은 제2 비활성 세그먼트(73)와 함께 도면의 상부에 도시된다.3 shows a schematic diagram of a phase winding. In the central part of FIG. 3 , the diagram shows the shapes the phase windings may take when extended around the
위상 권선은 복수의 전도성 요소로 구성된다. 각각의 전도성 요소는 전기 절연 하우징에 의해 둘러싸인 도체(예를 들어, 구리 와이어)를 포함한다. 위상 권선 내에는 이러한 복수의 전도성 요소가 있을 수 있다. 전도성 요소는 전도성 요소의 번들로 함께 배치될 수 있다.A phase winding consists of a plurality of conductive elements. Each conductive element includes a conductor (eg copper wire) surrounded by an electrically insulating housing. There may be a plurality of such conductive elements within the phase winding. The conductive elements may be disposed together as a bundle of conductive elements.
활성 세그먼트는 하나의 비활성 영역에서 다른 하나의 비활성 영역으로 고정자(10)의 활성 영역을 가로질러 연장된다. 활성 세그먼트는 하나의 활성 세그먼트(71)에서 다음 활성 세그먼트로 교번 방향으로 활성 영역을 가로질러 연장된다. 활성 세그먼트가 활성 영역을 가로질러 연장될 때마다, 활성 영역을 가로질러 직선으로 연장된다. 방사상 갭 고정자(10)의 경우, 이러한 활성 세그먼트는 회전 축에 평행한 활성 영역을 가로질러 연장될 것이다. 활성 세그먼트는 모두 서로 평행하다. 전도성 요소의 번들은 각각의 활성 세그먼트(71)에 대해 (단면에서) 동일한 형상을 취할 수 있다. 그러나, 그 번들 내의 전도성 요소의 배치는 번들이 비틀림에 따라 변경될 수 있다.The active segments extend across the active area of the
제1 비활성 영역의 비활성 세그먼트는 모두 동일하다. 이러한 제1 비활성화 세그먼트(72a)는 제1 비활성 영역에서 비틀림이 없다. 알 수 있는 바와 같이, 전도성 요소의 번들이 활성 영역에서 제1 비활성 영역으로 들어갈 때, 번들은 활성 영역을 향해 다시 180도 회전한다. 번들이 회전함에 따라, 회전 외부에서 시작하는 전도성 요소는 회전 외부에 남아 활성 영역으로 되돌아간다. 마찬가지로, 회전 내부의 전도성 요소는 회전 내부에 남아 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 비활성 영역으로 들어가는 동안 가장 왼쪽의 전도성 요소는 가장 오른쪽에 있는 전도성 요소로서 제1 비활성 영역을 빠져나와 활성 영역으로 다시 들어간다. 마찬가지로 진입 시 가장 오른쪽에 있는 요소는 가장 왼쪽에 있는 요소로서 나간다.All inactive segments of the first inactive area are the same. This first inactive segment 72a has no twist in the first inactive region. As can be seen, when the bundle of conductive elements enters the first inactive area from the active area, the bundle rotates 180 degrees back toward the active area. As the bundle rotates, the conductive element that started outside the rotation remains outside the rotation and returns to the active area. Similarly, the conductive element inside the turn remains inside the turn. As can be seen in FIG. 3 , while entering the first inactive region, the leftmost conductive element as the rightmost conductive element exits the first inactive region and reenters the active region. Likewise, on entry, the rightmost element exits as the leftmost element.
이러한 의미에서, 제1 비활성 영역을 통과하기 전후의 활성 세그먼트(71)의 단면을 볼 때, 번들 내의 전도성 요소의 배치는 동일할 것이다. 즉, 전도성 요소가 연장되는 방향과 반대 방향(예를 들어, 전류 흐름 방향과 반대 방향)의 단면을 볼 때이다. 동일한 평면에서 제1 비활성 영역을 회전하기 전과 후에 인접한 활성 세그먼트의 단면을 볼 때(즉, 동일한 방향에서 두 단면을 모두 볼 때), 하나의 활성 세그먼트(71)는 (두 활성 세그먼트의 분리 거리에 수직인 평면에 대해) 다른 활성 세그먼트의 미러 이미지일 것이다.In this sense, when looking at the cross section of the
제2 비활성 영역에서, 제2 비활성 세그먼트에 대한 3가지 상이한 배치가 도시된다. 이들 중에서 비틀려지지 않은 제2 비활성 세그먼트(73.a), 절반 비틀려진 제2 비활성 세그먼트(73.c) 및 1/4 비틀려진 제2 비활성 세그먼트(73.d)가 있다.In the second inactive area, three different arrangements for the second inactive segment are shown. Among these are an untwisted second inactive segment 73.a, a half twisted second inactive segment 73.c and a quarter twisted second inactive segment 73.d.
비틀려지지 않은 제2 비활성 세그먼트(73.a)는 제1 비활성 영역에 도시된 비틀려지지 않은 세그먼트와 동일하다.The second untwisted inactive segment 73.a is the same as the untwisted segment shown in the first inactive area.
절반 비틀려진 제2 비활성 세그먼트(73.c)는 번들 내의 전도성 요소의 배치가 제2 비활성 영역을 통해 이동할 때 변경되도록 비틀림을 갖는다. 이러한 예에서, 전도성 요소의 번들은 제2 비활성 영역에 진입하는 가장 왼쪽의 전도성 요소가 또한 가장 왼쪽에 있는 전도성 요소로서 제2 비활성 영역을 나가도록 비틀려진다. 마찬가지로, 진입 시 가장 오른쪽에 있는 전도성 요소는 나갈 때 가장 오른쪽에 있는 전도성 요소이다. 따라서, 동일한 평면에서 동일한 방향으로 나가고 진입할 시 요소를 볼 때, 이는 동일하게 보일 것이다. 그러나, 이를 동일한 평면이지만 전류 흐름과 반대 방향으로 볼 때, 이는 중심선에 대한 미러 이미지일 것이다.The half-twisted second inactive segment 73.c has a twist such that the placement of the conductive elements within the bundle changes as it moves through the second inactive area. In this example, the bundle of conductive elements is twisted such that the leftmost conductive element entering the second inactive area also exits the second inactive area as the leftmost conductive element. Similarly, the rightmost conductive element on entry is the rightmost conductive element on exit. Thus, when looking at an element when exiting and entering the same plane in the same direction, it will look the same. However, when viewed in the same plane but in the opposite direction to the current flow, it would be a mirror image of the centerline.
1/4 비틀려진 제2 비활성 세그먼트(73.d)는 번들 내의 전도성 요소의 배치가 제2 비활성 영역을 통해 이동할 때 변경되도록 비틀림을 갖는다. 이러한 예에서, 전도성 요소의 번들은 요소가 고정자(10)의 표면에 평행한 평면에서 정렬된 상태로 들어가고, 고정자(10)의 표면에 수직인 평면에서 정렬된 상태로 나가도록 비틀려진다. 다시 말하면, 나갈 시의 요소는 진입할 시의 요소에 대해 약 90도 회전되었다.The quarter-twisted second inactive segment 73.d has a twist such that the placement of the conductive elements within the bundle changes as it moves through the second inactive region. In this example, a bundle of conductive elements is twisted so that the elements enter aligned in a plane parallel to the surface of the
이와 같이, 활성 세그먼트는 직선이고 비틀려지지 않을 것이며, 서로 평행하게 움직일 것이다. 그러나, 활성 세그먼트 내의 전도성 요소의 배치는 변경될 것이다. 특히, 전도성 요소가 1/4 비틀려진 제2 비활성 세그먼트를 통과함에 따라, 번들 내의 전도성 요소의 배치는 (예를 들어, 회전자(2) 상의 자석(6)에 대해) 변경될 것이다. 결과적으로, 전도성 요소 중 적어도 하나에 대해, 그 요소는 비틀림이 있는 비활성 세그먼트를 통해 서로 결합된 인접한 활성 세그먼트에서 회전자(2) 상의 자석(6)에 더 가깝거나 이로부터 더 멀어질 것이다. 전도성 요소는 비활성 영역에서 동일한 길이일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.As such, the active segments are straight and will not twist, and will move parallel to each other. However, the placement of the conductive elements within the active segment will vary. In particular, as the conductive element passes through the second inactive segment with a quarter twist, the placement of the conductive element within the bundle will change (eg relative to the
도 3에 도시된 예에서, 권선의 형상의 주 다이어그램 위와 아래의 단면도에 도시된 검은색 직사각형은 4회전 위상 권선의 제1 회전을 나타내고, 다른 흰색 직사각형은 다른 3회전을 나타낸다. 검은색 제1 회전의 위치는 비활성 영역의 굽힘 및 비틀림의 타입에 따라 변경된다. 이것은 순환 전압 손실을 최소화하기 위해 위상 권선의 모든 전도성 요소의 고정자(10)의 전체 활성 영역을 따라 전압 적분을 가능하게 할 수 있다.In the example shown in FIG. 3 , the black rectangle shown in the cross section above and below the main diagram of the shape of the winding represents the first turn of the four-turn phase winding and the other white rectangles represent the other three turns. The position of the black first turn changes according to the type of bending and twisting of the inactive area. This may enable voltage integration along the entire active area of the
도 4의 상부는 (예를 들어, 회전축을 통과하는 평면에서) 위상 권선을 포함하는 고정자(10)의 단면도를 도시한다. 도 4의 하부는 평면 C-D(고정자(10)의 활성 영역)에서의 단면도를 도시한다. 이러한 예에서, 고정자(10)는 3상 16극 권선이다.The upper portion of FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
도 4는 3상 권선을 갖는 고정자(10)를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 고정자 권선은 활성 영역에서 직선형이지만, 제1 및 제2 비활성 영역에서는 직선형이 아니다. 상술한 고정자(10)에서와 같이, 제1 비활성화 세그먼트는 제1 비활성 영역에서 방사상 바깥쪽으로 연장되는 회전을 포함한다. 제2 비활성 세그먼트는 제2 비활성 영역에서 방사상 안쪽으로 연장되는 회전을 포함한다. 3상 권선은 활성 영역에서 병렬로 실행된다. 3상 권선은 비활성 영역에서 평행하지 않다. 대신, 위상 권선은 각각의 위상 권선이 비활성 영역의 다른 위상 권선을 통과하여 활성 영역(예를 들어, I, II, II, III)의 위상 권선의 구성을 유지할 수 있도록 스태거드 형성(staggered formation)으로 배치된다. 예를 들어, 각각의 비활성 세그먼트는 3차원 회전을 제공하기 위해 방사상으로 안쪽 또는 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 각각의 비활성 세그먼트는 하나 이상의 다른 비활성 세그먼트의 3차원 굴힘 내에서 통과할 수 있다.4 shows a
도 5의 상부는 고정자(10)의 위상 권선의 확대도를 나타내고, 도 5의 하부는 고정자(10)의 위상 권선의 추가 확대도를 나타낸다. 단면은 고정자(10)의 활성 영역에서 취해진다. 도 5의 예에서, 고정자(10)는 또한 하나 이상의 권선 지지 구조를 포함한다. 권선 지지 구조는 각각의 위상 권선의 전도성 요소를 기계적으로 지지하도록 구성된다. 지지 구조는 (예를 들어, 병렬 구성으로) 전도성 요소의 번들을 함께 유지하도록 구성될 수 있다. 지지 구조는 번들 지지 구조(76)를 포함할 수 있다. 번들 지지 구조(76)는 선택된 단면 형상으로 위상 권선을 유지하기 위해 각각의 위상 권선을 둘러싸도록 배치된다. 번들 지지 구조(76)는 개별 위상 권선 활성 세그먼트를 서로 평행한 배치로 유지할 수 있다.The upper part of FIG. 5 shows an enlarged view of the phase windings of the
도 6의 상부는 고정자(10)의 위상 권선의 예시적인 변경을 예시하기 위한 개략도를 도시한다. 도 6의 하부는 도 6의 상부의 하나의 영역의 확대도를 도시한다. 도 6의 단면은 고정자(10)의 활성 영역에 있다.The upper portion of FIG. 6 shows a schematic diagram to illustrate an exemplary modification of the phase windings of the
도 6은 3상 권선을 갖는 고정자(10)를 도시한다. 4개의 활성 세그먼트(SX, S1, S2 및 S3)가 도시된다. 3상 권선의 각각은 위상 당 4회전(예를 들어, 전도성 요소)을 갖는다. 이러한 회전의 각각은 (비활성 영역의 비틀림으로 인해) 인접한 세그먼트 사이에서 배치가 어떻게 변경되는지를 나타내기 위해 'a', 'b', 'c' 및 'd'로서 나타내어진다. 이를 예시하기 위해, 제1 위상 권선에 대한 제1 회전 d는 검은색 직사각형으로서 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 섹터 S1과 S2 사이와 섹션 S2와 S3 사이에서, 위상 권선의 배치가 변경된다. 활성 세그먼트(71.x-I, 71.x-II, 및 71.x-III)는 인접한 활성 세그먼트 사이에서 배치가 어떻게 변경되는지를 예시하기 위해 도시된다.6 shows a
도 7의 상부는 고정자(10)의 위상 권선의 예시적인 변경을 예시하기 위한 개략도를 도시한다. 도 7의 하부는 또한 고정자(10)의 위상 권선의 예시적인 변경을 예시하지만, 고정자(10)의 후속 영역의 예시적인 변경을 예시하기 위한 개략도를 도시한다. 도 7의 단면은 고정자(10)의 활성 영역에 있다. 다시 말하면, 두 개의 인접한 활성 세그먼트 Sn 및 Sn+1이 도시된다. 3상 권선의 각각은 4개의 회전 a, b, c, d(예를 들어, 전도성 요소 또는 전도성 요소의 그룹)을 갖는다. 4개의 회전은 번들을 제공할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 위상 권선에 대한 활성 세그먼트 내의 배치는 인접한 세그먼트 사이에서 변경된다. 3상 권선은 순서(I, II, III, I, II, III)대로 유지되지만, 위상 권선 중 적어도 하나의 내부 배치는 인접한 활성 세그먼트 사이에서 변경된다. 예를 들어, 각각의 권선의 내부 배치는 a, b, c, d에서 d, c, b, a로 변경된다.The upper portion of FIG. 7 shows a schematic diagram to illustrate an exemplary modification of the phase windings of the
도 8의 상부는 (예를 들어, 회전축을 통과하는 평면에서) 위상 권선을 포함하는 고정자(10)의 단면도를 도시한다. 도 8의 하부는 평면 C-D(고정자(10)의 활성 영역)에서의 단면도를 도시한다. 더 많이 제공될 수 있지만 하나의 위상 권선이 도시된다. 권선은 (검은색 채움(fill)에 의해 도시된) 비활성 영역에서 지지 구조를 가질 수 있다. 활성 영역의 내부측은 권선 지지 구조(76)를 가질 수 있다. 권선 지지 구조(76)는 폴리머 코팅과 같은 코팅을 포함할 수 있다. 권선 지지 구조(76)는 고정자(10)의 장착 표면 상에서 위상 권선을 지지하여 제자리에 유지하도록 구성될 수 있다.The upper portion of FIG. 8 shows a cross-sectional view of the
도 9 내지 도 11은 고정자(10)에 대한 위상 권선의 예시적인 배치의 개략도를 도시한다.9 to 11 show schematic diagrams of exemplary arrangements of phase windings relative to
도 9는 3상 권선을 갖는 고정자(10)의 영역을 도시한다. 다시 말하면, 뷰(view)는 평평하지만, 방사상 갭의 경우, 이는 원통 표면 상에 있다. 도시된 바와 같이, 3상 권선은 반복 패턴으로 서로 인터레이스된다. 활성 세그먼트는 서로 인접하고 평행하다. 비활성 세그먼트는 3상 권선의 인터레이스된 패턴을 유지하도록 배치된다. 예를 들어, 비활성 영역에서, 위상 권선은 3차원 패턴으로 구부러져 위상 권선이 비활성 영역의 인접한 위상 권선의 갭을 통과할 수 있다. 도 10은 인접한 세그먼트가 활성 영역으로 복귀하기 위해 서로를 통과할 수 있도록 비활성 세그먼트가 방사상 안쪽/바깥쪽으로 연장되는 그러한 예시적인 배치를 도시한다. 상이한 비활성 세그먼트에 대해 상이한 굽힘 패턴이 있을 수 있다. 활성 세그먼트(I, II, III)의 반복 패턴은 유지되고, 비활성 세그먼트의 회전은 이러한 패턴이 비활성 영역에서 서로를 통과하는 개별 비활성 세그먼트와 함께 유지될 수 있도록 배치된다. 비활성 영역에서의 3차원 굽힘은 (예를 들어, 하우징(4) 내부에서 더 적은 체적을 차지하도록) 위상 권선의 길이 방향 범위가 감소될 수 있게 할 수 있다. 이것은 열전도율을 향상시킬 뿐만 아니라 크기를 줄일 수 있다. 도 11은 비활성 영역에서 상이한 타입의 비틀림을 갖는 고정자(10)를 도시한다. 예를 들어, 비활성 영역의 회전이 방사상으로 안쪽/바깥쪽으로 이동함에 따라, 이러한 영역에도 비틀림이 있을 수 있다(이러한 비틀림은 상이할 수 있음). 예를 들어, 1/4 및/또는 절반 비틀림이 제공될 수 있다. 또한, 인접한 세그먼트는 동일한 비활성 영역에서 상이한 비틀림을 가질 수 있다.9 shows a region of a
도 12 및 13은 고정자(10)에 대한 위상 권선의 배치의 개략도를 도시한다.12 and 13 show schematic diagrams of the arrangement of the phase windings relative to the
상술한 예는 방사상 갭 전기 기계에 관한 것이다. 본 개시는 또한 축방향 갭 전기 기계로 연장될 수 있다. 이 경우, 고정자(10)와 회전자(2)는 서로 원통형으로 분리되지 않고, 대신 고정자(10)와 회전자(2)는 모두 축방향으로 오프셋되는 실린더일 수 있다. 위상 권선은 대신 (원통 표면보다는) 실린더의 원형 표면 상에 제공될 것이다. 결과적으로, 위상 권선은 (회전 축과 평행하게 실행되는 원통형 표면보다는) 평평한 원형 표면 상에서 방사상 안쪽과 바깥쪽으로 연장된다.The above examples relate to radial gap electrical machines. The present disclosure may also be extended to axial gap electrical machines. In this case, the
도 12 및 도 13은 이러한 배치를 도시한다. 고정자(10)의 활성 영역은 환형 영역이다. 환형의 방사상 안쪽 영역은 제1 비활성 영역이고, 환형의 방사상 바깥쪽 영역은 제2 비활성 영역이다. 위상 권선은 제1 비활성 영역과 제2 비활성 영역 사이의 활성 영역을 가로질러 연장된다. 도시된 바와 같이, 위상 권선과 세그먼트는 외부 영역보다 내부 영역에 더 밀접하게 팩(pack)된다. 인접한 활성 세그먼트는 평행하지 않지만, 멀리 직선으로 계속된다면 원의 중심에서 모두 교차한다. 도 12 및 13은 또한 3상 권선의 각각에 대한 말단부(terminal end) X 및 Y를 도시한다. 말단부는 위상 권선을 전원(모터용) 또는 생성된 전력을 획득하는 수단(발전기용)에 결합하기 위한 것이다. 도 13은 도 12와 유사한 배치를 도시하지만 비활성 영역에 3차원 회전을 가짐으로써, 비활성 세그먼트가 활성 영역으로 복귀할 때 서로를 통과할 수 있다.12 and 13 show this arrangement. The active area of
도 14는 전기 기계(1)를 도시한다. 도 14의 상부는 (예를 들어, 회전 축을 통과하는 평면에서) 전기 기계(1)의 단면도이다. 도 14의 하부는 평면 A-B에서의 단면도이다. 전기 기계(1)는 회전자(2)가 영구 자석(6)이 제공되는 회전자 드럼(23)에 중앙 샤프트(21)를 결합하기 위한 스포크 결합(24)과 함께 도시된 것을 제외하고는 도 1의 것과 유사하다. 고정자(10)의 단자 와이어를 하우징(4)을 통해 외부로 통과시키기 위해 하우징(4)에 하나 이상의 구멍이 제공될 수 있다.14 shows the
도 15는 위상 권선을 제조하는 방법의 단계를 도시한다.Figure 15 shows the steps of a method for manufacturing a phase winding.
도 15는 본 개시의 위상 권선을 제조하기 위한 예시적인 제조 방법의 중간 단계를 도시한다. 위상 권선은 복수의 활성 세그먼트(181) 및 비활성 세그먼트(182, 183)를 포함한다. 또한 고정자 권선을 전원(모터용) 또는 전력 드레인(발전기용)과 같은 외부 구성 요소에 연결하기 위한 단자 도체(184)가 도시되어 있다. 위상 권선의 활성 세그먼트(181)는 직선이고 평행한 전도성 요소로 형성된다. 예를 들어, 이를 위해, 활성 영역 세그먼트(181)만을 덮는 클램핑 및/또는 포팅 도구가 사용될 수 있거나, 전도성 요소의 부가적인 제조는 베이킹 에나멜(baking enamel), 폴리머 또는 UV 경화 수지 등과 같은 고정 수단 또는 고정 재료에 의해 전도성 요소의 평행한 배치를 제공하기 위해 제공될 수 있다. 비활성 영역의 단면 형상 및/또는 곡률은 상이할 수 있다. 비활성 영역은 이후에 구부러져 이전의 도면에 도시된 바와 같은 활성 영역의 구불구불한 배치를 제공할 수 있다. 전도성 요소는 (예를 들어, 번들을 제공하기 위해) 활성 영역에서 함께 몰딩 및/또는 융합될 수 있다.15 illustrates intermediate steps in an exemplary fabrication method for fabricating the phase windings of the present disclosure. The phase winding includes a plurality of active segments (181) and inactive segments (182, 183). Also shown are
도 16은 각각의 활성 세그먼트(181)가 '업(up)' 구성(참조 번호(181u)로 도시됨) 및 '다운(down)' 구성(참조 번호(181d)로 도시됨)의 두 가지 구성 중 하나로 배치되는 위상 권선의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 비활성 세그먼트는 (i) 전도성 요소가 비틀림으로 활성 영역을 향해 다시 구부러지는 비틀려진 비활성 세그먼트(185)와, (ii) 전도성 요소가 비틀림 없이 활성 영역을 향해 다시 구부러지는 비틀려지지 않은 비활성 세그먼트(187) 사이에서 분할된다. 도시된 바와 같이, 2개의 비틀려진 비활성 세그먼트(185)는 (예를 들어, 서로 반대 방향으로) 균등하게 분포된다. 따라서, 한쪽 절반 상에서 활성 세그먼트는 업 구성에 있고, 다른 절반에는 다운 구성에 있다.16 shows each
도 17은 도 17의 권선에 단 하나의 비틀려진 비활성 세그먼트(185)가 있다는 것을 제외하고 도 16과 유사한 배치를 도시한다. 비틀려진 비활성 세그먼트(185)는 단자 도체(184)에 대한 위상 권선의 반대쪽에 있다. 활성 세그먼트의 절반은 업 구성에 있고, 절반은 다운 구성에 있다. 비틀려지지 않은 비활성 세그먼트의 일부 또는 전부는 두 활성 세그먼트를 분리하는 비활성 세그먼트에서 비틀려져 있음에도 불구하고 전도성 요소(또는 전도성 요소의 번들)가 인접한 활성 세그먼트에서 동일한 구성에 있도록 360°로 비틀려지는 비활성 세그먼트로 대체될 수 있다. 이러한 배치는 위상 권선에 대한 체적 요구 사항을 줄일 수 있다.FIG. 17 shows an arrangement similar to FIG. 16 except that there is only one twisted
도 18은 고정자 권선을 제조하는 방법의 단계의 개략도를 도시한다. 특히, 도 18은 위상당 1회 이상의 회전을 갖는 위상 권선을 제조하는 프로세스에서 잠재적인 중간 단계를 도시한다. 도 18은 활성 영역(171)뿐만 아니라 제1 비활성 영역(172) 및 제2 비활성 영역(173)을 도시한다. 위상 권선은 비틀려지지만 360°는 아닌 비틀려진 2개의 비활성 세그먼트(185)(예를 들어, 부분 비틀림이 제공되는 비활성 세그먼트)를 포함한다. 나머지 비활성 세그먼트는 360° 비틀려진 비활성 세그먼트(186)이다(이것은 물론 대신에 720° 또는 360° 배수 이상을 통해 회전하는 비활성 세그먼트 및/또는 비틀림이 없는 비활성 세그먼트에 의해 대신 제공될 수 있음). 각각의 구성의 활성 세그먼트의 수는 동일하다(예를 들어, 부분 비틀림은 권선 주위에 분포됨으로써, 하나의 구성의 활성 세그먼트의 수는 도 16 및 17의 '업' 및 '다운'의 분포와 같이 반대 구성의 수와 균형을 이루도록 함).18 shows a schematic diagram of the steps of a method for manufacturing stator windings. In particular, FIG. 18 illustrates potential intermediate steps in the process of fabricating phase windings with more than one turn per phase. 18 shows an
도 19는 4개의 활성 세그먼트(181)를 통한 후속적인 일련의 횡단면을 도시한다. 위상 권선은 번들로 배치된 복수의 전도성 요소(191)를 포함한다. 이러한 예에서, 번들은 직사각형 형태로 배치되지만, 다른 옵션이 사용될 수 있다. 160개의 전도성 요소(191)는 4개의 회전(T1, T2, T3 및 T4)에 걸쳐 도시되어 있다. 배치의 상이한 변경을 예시하기 위해, 제1 층(FL)과 마지막 층(LL)이 나타내어 있다.19 shows a subsequent series of cross sections through four
알 수 있는 바와 같이, 'a'와 'b' 사이에는 번들이 비활성 세그먼트에서 회전하는 동안 비틀림이 제공되지 않는다. 이와 같이, 순서는 (T1에서 T4로, T4에서 T1로) 뒤바뀌고, 제1 층과 마지막 층은 원래대로 유지된다. 이것은 비틀림 없는 회전(187)이다. 'b'와 'c' 사이에는 번들이 비활성 세그먼트에서 회전하는 동안 180° 비틀림이 제공된다. 이와 같이, 순서와 층이 뒤바뀌어진다. 즉, 4개의 회전은 다시 순서를 변경하고, 제1 층과 마지막 층은 스위칭되었다. 이것은 180° 비틀림 회전(185)이다. 'c'와 'd' 사이에는 'a'와 'b' 사이에 상응하는 변경이 발생하고, (제1 층과 마지막 층이 제1 비틀림없는 회전(187)과 비교하여 상이하도록) 층만이 남는다.As can be seen, no twist is provided between 'a' and 'b' while the bundle rotates in the inactive segment. Thus, the order is reversed (T1 to T4, T4 to T1), and the first and last layers remain intact. This is a twist-free rotation (187). Between 'b' and 'c' a 180° twist is provided while the bundle rotates in the inactive segment. As such, the order and layers are reversed. That is, the four rotations changed their order again, and the first and last layers were switched. This is a 180° torsional rotation (185). Between 'c' and 'd', a corresponding change occurs between 'a' and 'b', and only the layers remain (so that the first and last layers are different compared to the first twist-free turns 187) .
도 20은 도 19와 유사한 배치를 도시한다. 도 20에는 3개의 층(T1, T2, T3)이 도시되어 있다. 'a'와 'b' 사이에서 비활성 세그먼트가 회전하는 동안 180° 비틀림이 제공된다. 이와 같이, 회전의 순서는 층의 순서와 마찬가지로 뒤바뀐다. 'b'와 'c' 사이에서 비틀림이 제공되지 않으므로, 회전의 순서는 변경되지만, 층의 순서는 동일하게 유지된다. 'c'와 'd' 사이에서 360° 비틀림이 제공된다. 알 수 있는 바와 같이, 회전은 다시 순서를 바꾸지만, 층의 순서는 동일하게 유지된다. 이것은 360° 비틀림(186)이다. 가장 어두운 직사각형(채워진 원을 포함함)을 참조하면, 번들 내에서 전도성 요소의 위치가 어떻게 변하는지를 알 수 있다. 이러한 변경은 위상 권선과 연관된 전압 적분을 최소화하도록 제어된다.20 shows an arrangement similar to that of FIG. 19 . 20 shows three layers T1, T2 and T3. A 180° twist is provided while the inactive segment rotates between 'a' and 'b'. As such, the order of rotation is reversed as is the order of the layers. Since no twist is provided between 'b' and 'c', the order of turns changes, but the order of layers remains the same. A 360° twist is provided between 'c' and 'd'. As can be seen, the rotation changes the order again, but the order of the layers remains the same. This is a 360° twist (186). Referring to the darkest rectangle (including the filled circles), you can see how the position of the conductive element changes within the bundle. These changes are controlled to minimize voltage integrals associated with the phase windings.
도면에 도시된 예는 단지 예시적이며, 본 명세서에 설명되고 청구항에 설명되는 바와 같이 일반화, 제거 또는 대체될 수 있는 특징을 포함한다는 것이 상술한 바로부터 이해될 것이다. 일반적으로 도면을 참조하면, 개략적인 기능 블록도는 본 명세서에 설명된 시스템 및 장치의 기능을 나타내는 데 사용된다는 것이 이해될 것이다.It will be understood from the foregoing that the examples shown in the drawings are illustrative only and include features that may be generalized, eliminated or substituted as described herein and set forth in the claims. Referring generally to the drawings, it will be understood that schematic functional block diagrams are used to represent the functions of the systems and devices described herein.
본 개시의 맥락에서 숙련된 독자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 각각의 예는 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 본 개시의 임의의 양태의 임의의 특징은 본 개시의 임의의 다른 양태와 조합될 수 있다. 예를 들어, 방법 양태는 장치 양태와 조합될 수 있고, 장치의 특정 요소의 동작을 참조하여 설명된 특징은 이러한 특정 타입의 장치를 사용하지 않는 방법에서 제공될 수 있다. 또한, 각각의 예의 각각의 특징은 일부 다른 특징이 이 동작에 필수적이라는 것이 명시적으로 언급되지 않는 한 함께 설명된 특징과 분리될 수 있도록 의도된다. 이러한 분리 가능한 특징의 각각은 물론 이것이 설명된 예의 다른 특징 중 임의의 특징, 또는 본 명세서에 설명된 임의의 다른 예의 특징의 조합 또는 다른 특징 중 임의의 특징과 조합될 수 있다. 또한, 상술하지 않은 균등물 및 수정 사항은 또한 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 본 개시의 다른 예 및 변형은 본 개시의 맥락에서 통상의 기술자에게 명백할 것이다.As will be appreciated by the skilled reader in the context of this disclosure, each example described herein can be implemented in a variety of different ways. Any feature of any aspect of this disclosure may be combined with any other aspect of this disclosure. For example, a method aspect may be combined with an apparatus aspect, and features described with reference to the operation of a particular element of an apparatus may be provided in a method that does not use this particular type of apparatus. Further, each feature of each example is intended to be separable from a feature described together unless explicitly stated that some other feature is essential to its operation. Each of these separable features may, of course, be combined with any of the other features of the example it is described, or a combination of features of any other example or any of the other features described herein. Also, equivalents and modifications not described above may also be used without departing from the invention. Other examples and variations of this disclosure will be apparent to those skilled in the art in the context of this disclosure.
Claims (25)
상기 회전자에 의해 운반되는 상기 자석과 정렬되도록 배치된 활성 영역;
상기 활성 영역에 의해 분리되는 제1 비활성 영역 및 제2 비활성 영역; 및
복수의 전도성 요소를 포함하는 무슬롯 위상 권선을 포함하는데, 각각의 전도성 요소는 절연 하우징에 제공된 도체를 포함하고, 상기 무슬롯 위상 권선은 구불구불한 구조로 배치되며, 상기 구조는,
상기 전도성 요소가 상기 활성 영역을 가로질러 상기 제1 비활성 영역에서 상기 제2 비활성 영역으로 연장되는 제1 활성 세그먼트;
상기 전도성 요소가 상기 활성 영역을 가로질러 상기 제2 비활성 영역에서 상기 제1 비활성 영역으로 연장되는 제2 활성 세그먼트; 및
상기 제1 활성 세그먼트를 상기 제2 활성 세그먼트에 결합하는 비활성 세그먼트를 포함하며, 상기 비활성 세그먼트는 상기 제2 비활성 영역에 제공된 회전을 포함하고, 상기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제2 비활성 영역에서 비틀려지는, 자석과 상호 작용하는 고정자.A stator interacting with a magnet carried by a rotor of an electrical machine comprising:
an active area disposed in alignment with the magnet carried by the rotor;
a first inactive region and a second inactive region separated by the active region; and
A slotless phase winding comprising a plurality of conductive elements, each conductive element including a conductor provided in an insulating housing, the slotless phase winding is arranged in a serpentine structure, the structure comprising:
a first active segment wherein the conductive element extends across the active area from the first inactive area to the second inactive area;
a second active segment wherein the conductive element extends across the active area from the second inactive area to the first inactive area; and
an inactive segment coupling the first active segment to the second active segment, the inactive segment including a rotation provided to the second inactive region, and wherein at least one of the conductive elements twists in the second inactive region. stator interacting with magnets.
상기 복수의 전도성 요소는 상기 제1 및/또는 제2 활성 세그먼트에서 서로 실질적으로 평행한, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 1,
wherein the plurality of conductive elements are substantially parallel to each other in the first and/or second active segments.
상기 제1 활성 세그먼트의 상기 도전성 요소는 상기 제2 활성 세그먼트의 상기 도전성 요소와 실질적으로 평행한, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 1 or 2,
wherein the conductive element of the first active segment is substantially parallel to the conductive element of the second active segment.
상기 전도성 요소는 상기 활성 영역을 가로질러 비틀려지지 않고 직선으로 연장되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 1 to 3,
wherein the conductive element extends straight across the active area without twisting.
상기 무슬롯 위상 권선은 제1 무슬롯 위상 권선이고, 상기 고정자는 복수의 무슬롯 위상 권선을 포함하는 다상 무슬롯 고정자인, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 1 to 4,
wherein the slotless phase winding is a first slotless phase winding, and wherein the stator is a multi-phase slotless stator comprising a plurality of slotless phase windings.
상기 제1 무슬롯 위상 권선의 상기 제1 활성 세그먼트는 상기 활성 영역에서 상기 제1 무슬롯 위상 권선의 상기 제2 활성 세그먼트로부터 오프셋되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 5,
wherein the first active segment of the first slotless phase winding is offset from the second active segment of the first slotless phase winding in the active area.
상기 복수의 무슬롯 위상 권선의 각각은 구불구불한 구조로 배치되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 6,
wherein each of the plurality of slotless phase windings is disposed in a serpentine structure.
상기 제1 무슬롯 위상 권선의 상기 구불구불한 구조는 상기 고정자의 다른 무슬롯 위상 권선 중 하나 이상의 구불구불한 구조와 인터레이스되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 7,
wherein the serpentine structure of the first slotless phase winding is interlaced with the serpentine structure of one or more of the other slotless phase windings of the stator.
제2 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트는 상기 제1 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트와 제2 활성 세그먼트 사이에 배치되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 8,
wherein the first active segment of the second slotless phase winding is disposed between the first and second active segments of the first slotless phase winding.
상기 제2 무슬롯 위상 권선의 비활성 세그먼트는 상기 제2 무슬롯 위상 권선의 상기 제1 활성 세그먼트에 결합되고;
상기 제2 무슬롯 위상 권선의 상기 비활성 세그먼트는 상기 제2 비활성 영역에 제공된 회전을 포함하고, 상기 제2 무슬롯 위상 권선의 상기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제2 비활성 영역에서 비틀려지는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 9,
the inactive segment of the second slotless phase winding is coupled to the first active segment of the second slotless phase winding;
wherein the inactive segment of the second slotless phase winding comprises a turn provided in the second inactive region, and wherein at least one of the conductive elements of the second slotless phase winding is twisted in the second inactive region. Stator interacting with.
상기 고정자는 상기 제1 무슬롯 위상 권선의 회전의 상기 전도성 요소가 상기 제2 무슬롯 위상 권선의 회전을 통과할 수 있게 하도록 배치되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 10,
wherein the stator is arranged to allow the conducting element of a turn of the first slotless phase winding to pass through a turn of the second slotless phase winding.
상기 제1 무슬롯 위상 권선의 상기 제2 활성 세그먼트는 상기 제2 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트와 제2 활성 세그먼트 사이의 활성 영역에 배치되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to claim 11,
wherein the second active segment of the first slotless phase winding is disposed in an active area between the first and second active segments of the second slotless phase winding.
상기 제1 무슬롯 위상 권선의 회전은 상기 제2 무슬롯 위상 권선의 회전에 인접하게 배치되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 10 to 12,
wherein rotations of the first slotless phase winding are disposed adjacent to rotations of the second slotless phase winding.
상기 제1 무슬롯 위상 권선에는 상기 제2 무슬롯 위상 권선과 동일한 비틀림이 제공되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 10 to 13,
wherein the first slotless phase winding is provided with the same twist as the second slotless phase winding.
제3 무슬롯 위상 권선의 제1 활성 세그먼트는 상기 제1 무슬롯 위상 권선의 제1 및 제2 활성 세그먼트 사이의 활성 영역에 제공되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 5 to 14,
wherein a first active segment of a third slotless phase winding is provided in an active area between the first and second active segments of the first slotless phase winding.
상기 무슬롯 위상 권선의 구불구불한 구조의 비활성 세그먼트는 제1 비활성 세그먼트이고, 상기 무슬롯 위상 권선의 구불구불한 구조는 제2 비활성 세그먼트 및 제3 활성 세그먼트를 더 포함하며;
상기 제2 비활성 세그먼트는 상기 제2 활성 세그먼트를 상기 제3 활성 세그먼트에 결합하고, 상기 제2 비활성 세그먼트는 상기 제1 비활성 영역에 제공된 회전을 포함하는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 1 to 15,
the inactive segment of the serpentine structure of the slotless phase winding is a first inactive segment, and the serpentine structure of the slotless phase winding further includes a second inactive segment and a third active segment;
wherein said second inactive segment couples said second active segment to said third active segment, said second inactive segment comprising a rotation provided to said first inactive region.
상기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제1 비활성 영역에서 비틀려지는, 자석과 상호 작용하는 고정자.17. The method of claim 16,
wherein at least one of the conductive elements is twisted in the first inactive region.
상기 제1 비활성 영역의 비틀림은 절반 비틀림을 포함하고, 상기 제2 비활성 영역의 비틀림은 또한 절반 비틀림을 포함하는, 자석과 상호 작용하는 고정자.18. The method of claim 17,
wherein the twist in the first inactive region comprises a half twist and the twist in the second inactive region also comprises a half twist.
상기 무슬롯 위상 권선의 전도성 필라멘트는 섬유 번들로 패키징되고, 상기 섬유 번들은 직교 또는 육각형 단면 형상을 갖는, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 1 to 18,
The stator interacting with magnets, wherein the conductive filaments of the slotless phase winding are packaged into fiber bundles, the fiber bundles having a cross-sectional shape of orthogonal or hexagonal.
각각의 전도성 요소의 도체는 직사각형, 원형 또는 육각형 단면 형상인, 자석과 상호 작용하는 고정자.According to any one of claims 1 to 19,
A stator interacting with a magnet, in which the conductor of each conductive element is of rectangular, circular or hexagonal cross-section shape.
상기 고정자는 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 방사상 에어 갭을 제공하도록 배치되고;
상기 무슬롯 위상 권선의 활성 세그먼트는 상기 회전자의 회전축에 평행한 축방향으로 연장되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.21. The method of any one of claims 1 to 20,
the stator is positioned to provide a radial air gap between the stator and the rotor;
wherein the active segments of the slotless phase winding extend axially parallel to the axis of rotation of the rotor.
상기 고정자는 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 축방향 에어 갭을 제공하도록 배치되고;
무슬롯 위상 권선의 활성 세그먼트는 상기 회전자의 회전 축에 직교하는 방사상 방향으로 연장하는, 자석과 상호 작용하는 고정자.21. The method of any one of claims 1 to 20,
the stator is positioned to provide an axial air gap between the stator and the rotor;
wherein the active segments of the slotless phase winding extend in a radial direction orthogonal to the axis of rotation of the rotor.
상기 고정자는 전기 모터의 회전자에 의해 운반되는 자석과 상호 작용하기 위한 것이며, 상기 고정자는 상기 전기 모터의 회전자의 회전을 구동하기 위해 상기 무슬롯 위상 권선에 전류를 인가하도록 구성되며;
상기 고정자는 발전기의 회전자에 의해 운반되는 자석과 상호 작용하기 위한 것이며, 상기 고정자는 상기 발전기의 회전자의 자석의 회전에 응답하여 상기 무슬롯 위상 권선에서 발생되는 생성된 전류로부터 에너지를 이용하도록 구성되는, 자석과 상호 작용하는 고정자.23. The method of any one of claims 1 to 22,
the stator is for interacting with a magnet carried by a rotor of the electric motor, the stator is configured to apply current to the slotless phase winding to drive rotation of the rotor of the electric motor;
The stator is for interacting with a magnet carried by the rotor of the generator, the stator being responsive to rotation of the magnet of the rotor of the generator to harness energy from the generated current generated in the slotless phase winding. The stator interacts with the magnets, which are constructed.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 고정자; 및
복수의 자석을 운반하는 회전자를 포함하며;
상기 전기 기계는 상기 회전자에 의해 운반되는 자석이 상기 고정자의 활성 영역과 정렬되도록 배치되는, 전기 기계.In the electric machine,
The stator according to any one of claims 1 to 23; and
a rotor carrying a plurality of magnets;
wherein the electrical machine is arranged such that a magnet carried by the rotor is aligned with an active area of the stator.
상기 회전자의 자석과 상기 고정자의 활성 영역 사이의 에어 갭의 거리는 상기 무슬롯 위상 권선의 상기 복수의 전도성 요소의 단면 깊이보다 작은, 전기 기계.25. The method of claim 24,
and a distance of an air gap between a magnet of the rotor and an active area of the stator is less than a cross-sectional depth of the plurality of conductive elements of the slotless phase winding.
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